Cell Host and Microbe：基因和饮食哪个对肠道菌群影响更大？
2014-12-29 王英 生物通
根据美国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
根据美国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。
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。”
原文检索：
Carmody RN1, Gerber GK2, Luevano JM Jr3, Gatti DM4, Somes L4, Svenson KL4, Turnbaugh PJ5.Diet Dominates Host Genotype in Shaping the Murine Gut Microbiota.Cell Host Microbe. 2014 Dec 18. pii: S1931-3128(14)00426-0. doi: 10.1016/j.chom.2014.11.010. [Epub ahead of print]
David LA1, Maurice CF2, Carmody RN2, Gootenberg DB2, Button JE2, Wolfe BE2, Ling AV3, Devlin AS4, Varma Y4, Fischbach MA4, Biddinger SB3, Dutton RJ2, Turnbaugh PJ2.Diet rapidly and reproducibly alters the human gut microbiome.Nature. 2014 Jan 23;505(7484):559-63. doi: 10.1038/nature12820. Epub 2013 Dec 11.
作者：王英
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