Nature子刊 饮食快速改变“第二基因组”

　　俗话说的好，人如其食。但是新的证据表明，你的肠道微生物也可能同样如此。

　　哈佛大学的一项研究表明，在一天之内，饮食可以改变肠道中的微生物群——特别是那些耐受胆汁的微生物，也会改变肠道细菌所表达的的基因类型。这篇综述文章发表在最近的《Nature Reviews Microbiology》杂志。

　　本文资深作者、艺术与科学学院系统生物学中心的Peter Turnbaugh 指出：“让我们感到很兴奋的是，我们和其他研究机构在动物模型中发现，饮食可能对肠道微生物迅速产生重大的影响。但是，人类肠道中的微生物如何响应饮食的变化，这些变化达到何种程度将在不同的人当中是相似的，目前还不明确。在这项研究中我们第一次发现，在过去的日子里，一种新的饮食可以重塑微生物群落，并且这些变化是一致的和可逆的。”

　　随着越来越多的证据表明，肠道微生物不仅在消化过程中发挥作用，而且还会影响整体健康。本文第一作者、前哈佛学者学会的初级研究员、最近被任命为杜克大学助理教授的Lawrence David说，操纵这些微生物群的能力，可能为治疗某些疾病提供新的途径。

　　David说：“这是这项工作令人兴奋的部分：人类肠道微生物组对饮食变化的响应，时间尺度比人们想象的更短。这表明，通过宿主作用改变肠道微生物，至少是可行的。”

　　在当前这项研究中，研究人员招募了11名志愿者，首先收集每个参与者肠道微生物组的基准数据。连续四天，他们吃正常饮食，并详细记录他们消费的一切。基线期后，每名参与者花了五天时间吃素，包括燕麦、餐用大米、洋葱、西红柿、南瓜、大蒜、豌豆、扁豆，把香蕉、芒果和木瓜当零食吃。

　　就像普通饮食一样，参与者保持日常食物记录，并收集了样本来追踪其肠道中的微生物如何改变。五天之后，他们恢复到普通饮食，进行为期六天的 “清除”期，以确定在他们所消化的饮食引起任何变化之后，他们的微生物恢复的多快。

　　然后，每名参与者花了五天的时间，采取一种由动物产品组成的饮食，包括早餐吃熏肉和鸡蛋、午饭吃排骨和牛胸肉，晚餐吃香肠、火腿和选择性的奶酪。零食包括纤丝奶酪、香肠、炸猪皮。

　　David说：“使用参与者收集的样品，我们看到，在一天之内，当动物产品饮食进入肠道后，不同细菌的丰度发生了变化。关于这两种饮食，我们看到，在志愿者改变饮食后的三天或四天，细菌所表达的基因类型发生了重大改变，细菌活性的代谢副产物也发生了变化——如短链脂肪酸。”

　　虽然这项研究结果表明，饮食可以影响肠道微生物的组成，但同时也表明，这些变化可能对人类健康具有非常现实的意义。但他强调，这一发现仍然是初步的，已知可引起小鼠结肠炎的一种细菌，在进食了动物产品饮食的志愿者体内是增加最明显的细菌种群。

　　早期的研究表明，在小鼠中，牛奶脂肪含量高的饮食可增加胆汁的产生，进而导致嗜胆菌属(Bilophila)的增加。David和他的同事们认为，在当前研究中看到的嗜胆菌属增加，可能与动物产品饮食中包含的奶酪有关。

　　他说：“我们没有打算寻找这个，但是当我们想知道哪些细菌增加最显著时，它位于列表的最顶部。我们不能从这项研究中得出‘嗜胆菌是否可能导致人类结肠炎’的结论，但是我们的数据表明，这种结肠炎相关的细菌可以通过饮食而得以丰富。”

　　David说，这些发现将来可能指出，饮食变化何时可用于治疗某些疾病，而不是药物或者手术。他说：“这是这个领域的一部分前景，我们可以在某种程度上，通过改变饮食或行为，塑造微生物来改善健康。人们把肠道微生物组称为‘第二基因组’——首先是我们自己的，但是有趣的是，第二基因组可能是可塑的，并响应我们所选择的生活方式。”

　　科学家很早就知道，饮食会改变我们的“第二基因组”——肠道菌群。发表在2013年12月11日《自然》(Nature)杂志上的一项新研究表明，在一日之内由正常饮食转变为只吃动物性食物或植物性食物，也会改变细菌的数量和种类，甚至是细菌的行为方式。相关阅读：Nature：饮食快速改变人类“第二基因组”。

　　根据德克萨斯大学奥斯汀分校的一项最新研究表明，生活在男性和女性肠道中的微生物，对饮食的反应有所差异，即使是相同的饮食。相关研究结果发表在2014年7月29日的《自然通讯》(Nature Communications)杂志。这些结果表明，旨在通过营养改善人类健康和治疗疾病的疗法，可能需要为每种性别量身打造。

　　那么，基因和饮食，哪个对肠道菌群影响更大呢?根据加州大学旧金山分校(UCSF)科学家一项最新研究表明，一个人肠道菌群所含细菌种类丰度的决定因素中，基因虽然很重要，但是饮食更为重要。这项小鼠研究探讨了这种先天和后天的平衡，相关研究结果发表在2014年12月18日的《Cell Host and Microbe》杂志。

　　基因和饮食哪个对肠道菌群影响更大?

　　根据加州大学旧金山分校(UCSF)科学家一项最新研究表明，一个人肠道菌群所含细菌种类丰度的决定因素中，基因虽然很重要，但是饮食更为重要。这项小鼠研究探讨了这种先天和后天的平衡，相关研究结果发表在2014年12月18日的《Cell Host and Microbe》杂志。

　　肠道细菌的数量大大超过了我们自己的细胞，在我们一生当中，通常居住于我们体内的微生物物种，可通过影响我们的新陈代谢、甚至行为，进而影响着我们的健康。肠道细菌会掌控我们的思想?

　　但是，肠道菌群的组成在个体之间的变化很大，并会随时间而改变。到现在为止，我们一直不清楚的是，这些变化是否更多的是由一个人不变的遗传背景差异所驱动，还是受不同饮食和其他环境因素的影响。

　　本文第一作者、UCSF微生物学和免疫学副教授Peter Turnbaugh指出：“在健康成年人体内，相同的微生物菌株和物种可以在肠道内定植很多年，而每一成员的相对丰度——换句话说是群落结构，却是高度动态的。”

　　可塑的微生物组

　　Turnbaugh说：“这些新的研究结果强调，不同于哺乳动物基因组——它们相对恒定，构成肠道菌群的微生物基因组则相对是可塑的。”

　　根据Turnbaugh介绍，这为肠道菌群不健康的群体治疗带来了希望。

　　Turnbaugh这样说道：“或许有一天我们可以设计某种饮食，形成有益于治疗的肠道基因组。好消息是，响应一种给定饮食的微生物，可能对于许多人的微生物群落都是相似的，这表明我们可能不需要为每一个人量身制定不同的干预措施。”

　　Turnbaugh的研究小组发现，使小鼠转变为高血糖、高脂饮食，可在三天时间内，以一种不依赖于个体小鼠之间遗传差异的可重复方式，可使肠道微生物群落丰度重塑到一种新的、稳定的组成。

　　这些发现，与Turnbaugh及其同事最近进行的一项人类研究一致，在这项研究中，当10名参与者食用纯素食或动物为主的饮食时，肠道微生物快速并可重复的改变。

　　那项研究表明，饮食变化，可在几天内对肠道菌群发挥强大的作用。但是这项新研究——根据来自于数百只具有明确遗传背景的小鼠的数据——表明，饮食可在几天到几个月的时间内胜过宿主的遗传变异。

　　菌群随饮食变化而迅速改变

　　当Turnbaugh与Jeffrey Gordon一起在华盛顿大学进行他的毕业论文研究时，他就开始强烈怀疑，饮食可能是改变肠道菌群最重要的因素。Turnbaugh观察到，基因完全相同的双胞胎，肠道微生物并不比异卵双胞胎(他们只共有一半的基因)更相似。

　　在这项新研究中，Turnbaugh的实验小组，选取了5只小鼠，它们来自于5组不同的近交系小鼠，每种近交系小鼠在遗传上都是相同的。此外，他们还研究了4个株系的小鼠，它们缺乏免疫和肥胖相关的基因。

　　还增加了200多只“远交”系小鼠——繁殖产生的后代具有丰富的、不难发现的遗传多样性。

　　研究人员给小鼠喂饲不同的饲料，在高脂肪、高糖饮食(包含14.8%的蛋白质、44.6%的脂肪和40.6%的碳水化合物)和低脂肪、植物膳食(包含22.2%的蛋白质、16%的脂肪和61.7%的碳水化合物)之间变换。

　　不管什么遗传背景的小鼠，粪便分析显示，高脂肪、高糖饮食可增加厚壁菌门成员的丰度，而拟杆菌门成员的丰度则降低。

　　Turnbaugh说：“在过去我们已经证明，响应高脂肪、高糖饮食的肠道菌群改变，可导致肥胖，我们一直非常感兴趣的是，这些生物的代谢活动是如何受饮食影响的。”

　　“微生物群落的变化是直接来自于胃肠道内的营养环境变化?还是间接由于改变的饮食对寄主生理学的影响(这种影响在基因型之间是一致的)?仍然是未来研究的一个迷人领域。”

　　另一个令人惊讶的发现是，当研究人员将小鼠恢复到原来的饮食之后，微生物丰度的变化在很大程度上被逆转——但不完全。肠道微生物受过去饮食印记以及目前饮食的影响。

　　Turnbaugh说：“重复的饮食改变表明，大多数肠道菌群变化是可逆的。但是我们也发现一些细菌物种，其丰度取决于先前的饮食印记。”