小鼠胃肠道中的节段丝状细菌

糖破坏微生物群,消除对肥胖和糖尿病的保护

一项对老鼠的研究发现,饮食中的糖会改变肠道微生物群,引发一系列事件,导致代谢疾病、糖尿病前期和体重增加。

这项研究结果发表在今天的《科学》杂志上细胞,表明饮食很重要,但一个最佳的微生物组对于预防代谢综合征、糖尿病和肥胖同样重要。

饮食改变微生物

西式的高脂肪、高糖饮食会导致肥胖、代谢综合征和糖尿病,但这种饮食是如何引发身体不健康变化的还不得而知。

肠道微生物群对动物的营养是不可或缺的,所以Ivaylo伊万诺夫哥伦比亚大学瓦格洛斯医学院微生物学与免疫学副教授,博士和他的同事们调查了西式饮食对小鼠微生物群的最初影响。

节食四周后,这些动物表现出代谢综合征的特征,如体重增加、胰岛素抵抗和葡萄糖耐受不良。它们的微生物群发生了巨大的变化,在啮齿动物、鱼类和鸡的肠道菌群中常见的节段丝状细菌数量急剧下降,而其他细菌数量大量增加。

微生物组改变改变Th17细胞

研究人员发现,通过对Th17免疫细胞的影响,丝状细菌的减少对动物的健康至关重要。丝状细菌的减少减少了肠道中Th17细胞的数量,进一步的实验表明,正是Th17细胞对预防代谢疾病、糖尿病和体重增加是必要的。

伊万诺夫说:“这些免疫细胞产生的分子可以减缓肠道对‘坏’脂质的吸收,从而减少肠道炎症。”“换句话说,它们保持肠道健康,保护身体不吸收致病的脂质。”

糖和脂肪

高脂肪、高糖饮食的哪个成分导致了这些变化?伊万诺夫的研究小组发现,糖分是罪魁祸首。

伊万诺夫说:“糖消除了丝状细菌,保护性的Th17细胞因此消失了。”“当我们给老鼠喂食无糖、高脂肪的食物时,它们保留了肠道的Th17细胞,完全避免了肥胖和糖尿病前期,即使它们摄入了相同数量的卡路里。”

但是,不吃糖并不是对所有的老鼠都有帮助。在那些一开始就没有任何丝状细菌的动物中,消除糖分并没有产生有益的效果,它们变得肥胖并患上了糖尿病。

伊万诺夫说:“这表明,一些流行的饮食干预措施,如减少糖分,可能只对那些在他们的微生物群中有特定细菌群的人有效。”

在这种情况下,某些益生菌可能会有帮助。在伊万诺夫的小鼠实验中,尽管小鼠摄入了高脂肪饮食,但补充丝状细菌能使Th17细胞恢复,并对代谢综合征产生保护作用。

虽然人体内的丝状细菌和老鼠体内的不一样,但伊万诺夫认为人体内的其他细菌可能具有相同的保护作用。

为小鼠提供Th17细胞也提供了保护,也可能对人类有治疗作用。伊万诺夫说:“微生物群很重要,但真正的保护来自细菌诱导的Th17细胞。”

伊万诺夫说:“我们的研究强调,饮食、微生物群和免疫系统之间的复杂相互作用在肥胖、代谢综合征、2型糖尿病和其他疾病的发展中发挥着关键作用。”“这表明,为了达到最佳健康状态,不仅要改变你的饮食,而且要改善你的微生物组或肠道免疫系统,例如,通过增加Th17细胞诱导细菌。”

参考文献

更多的信息

来自哥伦比亚大学欧文医学中心的伊瓦约·伊万诺夫在小鼠肠道中的分节丝状细菌的顶部图像。

这项名为“由膳食糖引起的微生物群失衡破坏了免疫介导的代谢综合征保护”的研究8月29日在线发表在《细胞》杂志上。

所有的作者:Yoshinaga Kawano(哥伦比亚和庆应义塾大学医学院),Madeline Edwards(哥伦比亚),黄一鸣(哥伦比亚),Angelina M. Bilate(洛克菲勒大学),Leandro P. Araujo(哥伦比亚),Takeshi Tanoue(庆应义塾大学医学院和理研综合医学科学中心),Koji Atarashi(庆应义塾大学医学院和理研综合医学科学中心),Mark S. Ladinsky(加州理工学院),Steven L. Reiner(哥伦比亚),Harris H. Wang(哥伦比亚),Daniel Mucida(洛克菲勒大学),Kenya Honda(庆应大学医学院和理研综合医学科学中心),Ivaylo I. Ivanov(哥伦比亚)。

这项工作得到了美国国立卫生研究院(DK098378、AI144808、AI163069、AI146817、DK093674、DK113375、AI132403、DK118044和EB031935)的资助;巴罗斯维康基金(PATH1019125和PATH1016691);来自MSD生命科学基金会、Russell Berrie基金会和哥伦比亚大学欧文医学中心的Naomi Berrie糖尿病中心的奖学金;日本科学促进会特别促进研究补助金(20H05627);美国国家科学基金会(MCB-2025515);和Irma T. Hirschl信托基金。