膳食纤维吃不够, 后果可能很严重

当食物营养均衡被破坏后,肠道菌群构成会发生变化。密歇根大学医学院的生物学家埃里克·马尔滕斯(Eric C. Martens)等人发现,在缺少膳食纤维的“饥荒”状态下,某些肠道菌会对肠道内的黏液层“磨刀霍霍”。利用小鼠模型,研究者观察到了这些印象中与人无害的肠道菌的“另一面”。

膳食纤维不够吃,肠道菌群会怎样?

我们的肠道内含有大量的共生菌,它们能帮助我们更好地分解食物吸收营养,也在多个不同方面影响着人体健康。对于大多数肠道细菌来说,充足的膳食纤维是它们的功能得以正常发挥的关键。要是膳食纤维没有了,肠道菌群会发生怎样的变化?研究者往无菌小鼠肠道中引入了14种已测序的人类肠道菌,并让它们在小鼠肠道中进行了为期两周的适应,再观察这些菌群在小鼠经历食谱变化时的反应。

研究者设置了三组不同的小鼠食谱,并通过粪便检测肠道菌群的种类分布:

富含膳食纤维(Fiber-rich, FR)组;

膳食纤维移除(Fiber-free, FF)组;

益生质(Prebiotic, PR)组。

第七营养

三组不同食谱的主要成分及比例(维生素、矿物质等成分未标示)。富含膳食纤维组(FR diet)主要成分包括淀粉和单糖(蓝色),纤维(玉米、大豆、小麦、燕麦和紫花苜蓿;绿色),蛋白质(土黄色),脂肪(黑色)。膳食纤维移除组(FF diet)主要成分包括:葡萄糖(蓝色),不可被菌群降解的纤维素(红色),蛋白质(土黄色),脂肪(黑色)。益生质组(Pre diet)则比膳食纤维移除组多出玉米淀粉(紫色)和益生质混合物(黑框),益生质混合物中包含等比例的14种难被宿主消化的多糖。图片来源:参考文献[1]

在饮食改变后大约两天,膳食纤维去除组的小鼠,肠道菌群就出现了明显的变化。其中4种细菌对饮食改变表现得尤为敏感。其中,在膳食纤维丰富时,丰度占比分别可达约20%的两种细菌–Bacteroides ovatus和Eubacterium rectale–在膳食纤维被去除后丰度猛烈减少。相对地,Akkermansia muciniphila和Bacteroides caccae两种细菌的比例却显著上升。食谱换成益生质的小鼠,肠道菌群也出现了一致的变化状况。

第七营养

进食不同食谱时,小鼠粪便中14种人类肠道菌的丰度变化情况。可见在膳食纤维的供应停止后,A. muciniphila(暗红色)和B. caccae(紫色)丰度占比迅速上升,并长时间保持稳定。图片来源:参考文献[1]

另觅食材的肠道菌,吃的竟是……

为什么A. muciniphila和B. caccae这两种肠道菌在缺乏膳食纤维的情况下,日子反而过得更好了?研究者发现,在膳食纤维去除组和益生质组小鼠的粪便中,黏液素降解酶的活性出现了上升情况,而导致这一现象的“罪魁祸首”就是上述两种细菌。

原来,为了保证肠道细菌待在该待的位置,肠道上皮与这些细菌的“住处”之间会有一层黏液屏障,这层黏液能够防止肠道细菌经由上皮细胞进入血管。一般来说,肠道菌多数是奉公守法的好“租客”,并不会对这层屏障动什么歪心思。但没这么做,不代表它们没有这个能力:在基因组已经被测序的肠道菌中,至少有四种细菌能够通过“吃掉”黏液屏障中高度糖基化的蛋白质–黏液素–来生存。A. muciniphila和B. caccae正是其中两种。在别的肠道菌苦于没有膳食纤维可吃时,这两种细菌就能够迅速调整自己的生存策略,趁机扩大自己的种群规模。

能够降解黏液素的菌群数量增多了,对应的降解酶活也增强了,研究者随即将关注点投向了小鼠肠道黏液层厚度上。利用荧光标记和组织染色手段,他们发现长期缺乏膳食纤维的小鼠,黏液层厚度从原来的约110微米减少到了约20微米!后续实验表明,即使只是每隔一天吃不含有膳食纤维的食物,黏液层厚度也会减少一半之多。

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饮食中缺乏膳食纤维(FF)的小鼠黏液层(上图黑色箭头下图白色箭头标记处)与饮食中膳食纤维丰富的小鼠(FR)相比显著变薄。比例尺为100μm。图片来源:参考文献[1]

黏液屏障受损的后果

在肠道免疫系统中,黏液屏障是肠上皮细胞抵御病原菌的一道“长城”。当这道“长城”受损后,肠道内的病原便能够更容易地进入血液。马尔滕斯等人证实,在黏液层受损后,一种必须穿过肠上皮才具有毒性的细菌–鼠柠檬酸杆菌(Citrobacter rodentium)能够对小鼠造成更大的伤害,甚至致命。而显微镜的图片也显示,变薄的黏液层使得这些致命的细菌能够毫无阻碍地抵达肠上皮细胞。

另一个严重的问题是,黏液层厚度的减少和细菌活动的异常将会导致细胞通讯的紊乱,最终造成器官功能的减弱:膳食纤维去除组和益生质组的小鼠,结肠长度都发生了缩短。在这种情况下,消化功能的受损几乎是无可避免的。

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膳食纤维充足(左)的情况下,肠道菌群能够更好地维持健康的稳态。健康的黏液层能够阻止病原入侵,提高机体的免疫力。而膳食纤维的缺乏(右)将使肠道菌群构成发生变化,黏液层遭到破坏,增大病原入侵的风险。图例:降解膳食纤维的肠道菌(绿色);降解黏液的肠道菌(红色);黏液部的病原体(黄色)。图片来源:参考文献[1]

相比在小鼠模型体内那区区14种肠道菌,人类具有更为复杂的肠道菌群和更为强大的免疫系统。对于食谱变化,我们的耐受度也许会更强些。但这些发生在小鼠模型身上的变化无疑能被视为一个提醒:如果对日常饮食不加注意,膳食纤维缺乏的情况在生活中长期持续下去,我们肠道菌群的正常运作也同样可能缓慢崩塌,进而危害整个机体的健康。还在坚信自己拥有钢肠铁胃的人们或许应当敲响警钟了,你吃下的每一顿饭都不只是你在享用,无视肠道里微生物们的需求,也许终有一天会不得不为自己的行为埋单。

参考文献:

Desai, Mahesh S., et al. "A Dietary Fiber-Deprived Gut Microbiota Degrades the Colonic Mucus Barrier and Enhances Pathogen Susceptibility." Cell 167.5 (2016): 1339-1353.

文章题图:Kharlamova/Thinkstock

责任编辑:第七营养资讯www.diqiyy.com

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