糖為什麼會影響你的腸道菌群?

奶茶是奶，奶是營養的，

奶茶是茶，茶是養生的，

表情包是糊弄人的，

為什麼喝奶茶會發胖呢？

答案就是糖。

近年來，隨著生活方式的逐漸「西化」，越來越多人的飲食逐漸接近西方飲食模式，可樂、奶茶、甜品等高脂高糖飲食越來越受到年輕人的青睞，而越來越多的健康愛好者呼籲大家減少單糖類的攝入。

那麼，糖類究竟對腸道菌群有什麼樣的影響呢？最近PNAS的這項研究也許能給你一些啟發。

腸道微生物群的組成在很大程度上取決於環境因素，包括宿主的飲食。飲食成分被認為是影響腸道微生物群組成的營養成分，作為微生物的一個子集，從而有利於它們的定植。

飲食中的果糖和葡萄糖，在現代飲食中普遍存在的一種部分，特別抑製了一種蛋白質的表達。這種蛋白質是人類腸道多形擬桿菌（Bacteroides thetaiotaomicron）進行腸道定植所必需的。

在餵食富含葡萄糖和蔗糖(一種由葡萄糖和果糖組成的雙糖)的小鼠中，一種難以被這些糖沉默的工程菌株擊敗了野生型多形擬桿菌，但在餵食複雜多糖的小鼠中則沒有。研究結果強調了飲食中多糖的作用，這些糖可以逃脫宿主腸道的吸收，到達微生物區。調節腸道定植的有益微生物獨立於向微生物區提供營養的微生物。

腸道微生物對人類健康密切相關，而腸道微生物的結構可以被飲食調控。

例如，通常被稱為膳食纖維的複雜多糖在小腸中仍未被消化，到達遠端腸道的微生物群，並促進與瘦和健康個體相關的有益微生物的定植。

因此，富含多糖的飲食有利於那些能夠吸收和分解膳食纖維的微生物的定植。

相反，富含單糖的飲食有利於利用黏膜聚糖的生物體的擴展，因為人們認為單糖在小腸中被吸收，因此腸道遠端的微生物群無法吸收。單糖果糖可以從小腸中逃逸，到達遠端腸道的微生物區，在那裡，果糖代謝的微生物源產物進入宿主血液。

鑒於近年來含糖類食品的消費量大大增加，研究者試圖了解單糖是如何影響多形擬桿菌的定植作用。多形擬桿菌是腸道微生物群的一員，一般而言瘦和健康的個體含量較高。

BT3172基因被命名為Roc，它用於調控多形擬桿菌定植。

相比之下，Roc突變體在餵食葡萄糖和蔗糖組成的單糖飲食的小鼠中並沒有表現出適應性缺陷。這些發現表明，Roc通過介導在複雜的多糖豐富的飲食中存在的一種膳食成分的利用，以一種依賴飲食的方式促進腸道定植。由於Roc屬於蛋白質，所以被稱為混合雙組分系統，它激活了對多糖源配體反應的多糖利用基因簇的轉錄。

Roc直接控制鄰近多糖利用基因BT3173和BT3174，可能促進了Roc配體的利用。然而，在roc突變體中BT3173的mRNA豐度低於野生型菌株的兩倍。

這些結果表明，餵食富含多糖食物的小鼠的腸道中含有非常少量的激活Roc的配體，這些配體目前尚不明確。那麼，飲食如何控制Roc促進形擬桿菌腸道定植的能力呢？

根據研究者的報導，飲食中葡萄糖和蔗糖抑製Roc的表達，而Roc對於葡萄糖和蔗糖源果糖的利用是必不可少的。

研究證實，在Roc編碼區域前的mRNA前導物對於果糖和葡萄糖抑製Roc是必要和充分的。

此外，研究者還設計了一種不易被這些單糖沉默的菌株，並在餵食葡萄糖和蔗糖的小鼠中證明了該菌株的競爭能力優於野生型形擬桿菌。他們的發現證明了飲食中的單糖是如何通過改變一種對利用這種糖來說是必不可少的定植因子的水準來抑製共生細菌的腸道定植的。

研究者確定，在餵食富含多糖飲食的無菌小鼠中，野生型多形擬桿菌顯著地超過了缺失Roc基因的菌株。然而，從餵食富含多糖的食物的小鼠腸道腔收集的細菌中沒有觀察到靶基因的依賴神經細胞激活。我們的研究結果與之前的研究結果完全一致，作者認為，Roc除了對含有Roc基因的多糖利用位點(PUL)的基因進行調控外，還對腸道定植有一定的作用。

這項研究，揭示了常見的飲食添加劑是如何影響腸道菌群的定植。

研究發現，果糖和葡萄糖在廣泛分布的腸道共生菌多形擬桿菌中抑製了一種名為Roc的關鍵定植因子。此外，這項研究還證明了果聚糖（一種益生元）不會使Roc沉默。此外，這項研究識別出的mRNA可能被用於設計腸道微生物，以改變它們對飲食成分的反應。

Roc是控制PUL中基因表達的轉錄調控因子，PUL中也包含Roc基因。然而，Roc似乎促進腸道定植獨立於其在調節膳食碳水化合物利用中的作用。腸道總成分中缺乏依賴於Roc的靶基因激活，這可能反映了Roc配體的空間和/或時間分布，這與另一種擬桿菌的情況類似。另外，Roc還可以通過其他方式促進腸道定植，如與葡萄糖6-磷酸異構酶和葡萄糖6-磷酸脫氫酶的相互作用。雖然Roc與這些代謝酶相互作用是一個有趣的假設，但目前還不清楚細胞質葡萄糖6-磷酸異構酶和葡萄糖6-磷酸脫氫酶蛋白如何與預測存在於質周的Roc結構域相互作用。

參考文獻：

Townsend, G. E., Han, W., Schwalm, N. D., Raghavan, V., Barry, N. A., Goodman, A. L., & Groisman, E. A. (2018). Dietary sugar silences a colonization factor in a mammalian gut symbiont. Proceedings of the National Academy of Sciences, 201813780. doi:10.1073/pnas.1813780115