腸道微生物組通過免疫系統影響代謝

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一項新研究表明，我們腸道中的共生細菌，或者叫做「有益」細菌，能夠調節我們的新陳代謝。6月21日發表在《Cell Metabolism》上的一項關於果蠅的研究向我們展示了腸道細菌令人驚訝的作用機制。

這項研究美國由波士頓兒童醫院傳染病專家Paula Watnick博士長官。該研究表明，除了作為抵抗細菌感染的第一道防線之外，我們的先天免疫系統還具備另一個同樣重要的作用。

在腸道中，消化細胞利用先天免疫通路對有害細菌進行響應。但其他的腸細胞和腸內分泌細胞利用這條相同的通路（稱為IMD）對有益細菌進行響應，其方式是根據飲食和腸道環境調整身體代謝。腸內分泌細胞散布在果蠅的腸細胞和乾細胞之間的腸上皮。

圖片來源：《Cell Metabolism》

Watnick說：「有些先天免疫通路不僅是用於先天免疫，還會『監聽』有益細菌，並通過代謝的方式對其進行響應。」

代謝綜合症，果蠅的脂肪肝

Watnick團隊從過去的研究中得知，果蠅腸道中的細菌會產生短鏈脂肪酸（醋酸鹽），而這對於果蠅自身的脂質代謝和胰島素信號傳導至關重要。腸道中沒有細菌（因此也就沒有醋酸鹽）的果蠅就會在自己的消化細胞積累脂滴。哈佛醫學院的Norbert Perrimon博士團隊曾經在腸內分泌細胞中缺乏速激肽的果蠅體內發現了類似的脂滴，速激肽是一種對生長、代謝以及胰島素信號傳導非常重要胰島素樣蛋白。

她說：「如果處理葡萄糖和脂質出現問題，脂滴就會卡在本來不是用於存儲脂肪的細胞中積聚。」

這項新研究再次使用了果蠅，因為果蠅容易於培養，其基因容易被修改，而且它們的腸道細胞與人類的類似。當Watnick團隊對IMD先天免疫通路突變的果蠅進行了檢測時，他們再次在它們的腸道中發現了脂滴。

果蠅的腸道與人類的腸道在生理學上非常相像，只是構造上更簡單，體積更小。圖片來源：Adam Wong, PhD

Watnick認為，無論是因腸道細菌缺失、速激肽缺失還是先天免疫通路缺失，引起的這些脂肪低與發生脂肪肝時是一樣的。脂滴的積聚是身體無法正常代謝碳水化合物和脂肪的跡象。事實上，Watnick認為這些果蠅患上了通常與肥胖和1型糖尿病相關的代謝綜合症。

定義免疫系統在代謝中的作用

腸道細菌、先天免疫系統和代謝這三者是如何產生關聯的？通過一系列實驗，該團隊逐漸弄清楚細菌如何對新陳代謝產生影響。他們發現：

先天免疫通路促使內分泌細胞產生速激肽。

在沒有細菌或其分解產物醋酸鹽的情況下，不會產生速激肽。

對無菌果蠅使用醋酸鹽時，其先天免疫通路會被重新激活且它們的代謝恢復正常。

腸內分泌細胞上的特定先天免疫受體PGRP-LCA用於接收醋酸鹽信號。

Watnick說：「我們知道細菌控制著我們的新陳代謝，但是沒有意識到，細菌會與腸內分泌細胞中的先天免疫信號傳導通路相互作用。也許這些通路確實是一個能使細胞因不同原因識別細菌的系統。」

雙管齊下的互動

該研究還表明，激活腸內分泌的先天免疫通路對於果蠅的生長髮育至關重要。當研究人員關閉這條通路後，果蠅的生長就會受到影響。對果蠅餵食醋酸鹽或重新激活這條先天免疫通路會使其恢復生長。

儘管Watnick還沒有在哺乳動物模型上證實這些發現，但該研究進一步勾勒出我們的微生物組與代謝之間似乎是雙管齊下的相互作用。有益細菌使食物中的營養物質發酵並生成短鏈脂肪酸如醋酸鹽，能優化我們對營養物質的利用和存儲。致病的「有害」細菌的做法則相反：它們消耗脂肪酸，妨礙代謝。腸道微生物組的失衡與肥胖相關，有時還會導致營養不良。

由於醋酸鹽是通過發酵產生的，Watnick團隊推測，食用更多的可發酵碳水化合物能夠提升醋酸鹽的水準並改善新陳代謝。他們認為，此類食物有助於修復腸道菌群失衡，如由長期服用抗生素導致的腸道細菌失衡。

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