微生態(tài)調控機制研究：帶您了解節(jié)食減肥易反彈背后的作用機制
自20世紀70年代中期以來，全球肥胖患病率增加了兩倍。肥胖大大增加了患2型糖尿病、脂肪肝、心血管疾病、癌癥甚至嚴重的新冠肺炎等疾病的風險。飲食限制（DR）被廣泛用于減少肥胖或非肥胖個體的脂肪量和機體體重，其中短期飲食限制（SDR）甚至簡單的不吃飯在人們進行體重管理時頗受歡迎。然而節(jié)食后的體重反彈仍然是一個巨大的挑戰(zhàn)，其背后潛在的機制仍然不是很清楚。
2022年12月，中國科學院上海營養(yǎng)與健康研究所翟琦巍團隊在Nature Metabolism (IF 19.865)上發(fā)表了題為“High-protein diet prevents fat mass increase after dieting by counteracting Lactobacillus-enhanced lipid absorption”的文章。該研究設計了10種節(jié)食方式，結合多組學技術探討了節(jié)食后再進食對體脂量的影響以及節(jié)食后進行高蛋白（HP）飲食的預防效果。結果表明通過高蛋白飲食或抗生素處理靶向作用腸道乳酸桿菌來抑制腸道中的脂質吸收可能是預防節(jié)食后肥胖的有效策略。中科新生命參與了該研究中非靶代謝組、靶向膽汁酸和16S微生物多樣性的相關檢測工作。
研究材料
小鼠
技術路線
步驟1：節(jié)食后再進食會導致脂肪量快速增加；
步驟2：增強的腸道脂質吸收促進SDR后脂肪量的增加；
步驟3：HP飲食可以阻止節(jié)食后脂肪量的增加；
步驟4：SDR后高蛋白飲食會減弱腸道脂質吸收；
步驟5：腸道菌群調控SDR后的腸道脂質吸收；
步驟6：乳酸桿菌增加腸道脂質吸收和脂肪量；
步驟7：乳酸桿菌產生的代謝物增加腸道脂質吸收和脂肪量。
研究結果
為了研究節(jié)食后再進食對脂肪量的影響，作者設計了多種限制飲食方式，包括3天內每天遞增或者遞減或者均等喂食1d食物， 3天內給小鼠喂食2d食物， 2天內喂食1d食物，每天喂食66.7%食物持續(xù)6天、12天或長達24天，以及隔日禁食等飲食方式，結果發(fā)現可以迅速減少脂肪量。但再進食后均會導致小鼠脂肪量快速積累，如腹股溝脂肪組織、棕色脂肪組織等（圖1）。
圖1 各種類型的飲食限制后的重新進食可誘導脂肪量快速積累
2. 增強的腸道脂質吸收促進SDR后脂肪量的增加
作者進一步研究了SDR后脂肪量快速積累的機制，結果發(fā)現SDR后小鼠的能量消耗、身體活動和體溫沒有顯著變化，且累積食物攝入量對SDR后的快速脂肪量積累也沒有顯著的積極貢獻。但是SDR后腸道脂質吸收明顯增強，增強的腸道脂質吸收有助于SDR后脂肪量的快速積累，且數據表明脂肪組織中脂肪酸攝取和脂質合成的增加以及總脂質氧化的減少有助于SDR后脂肪量的快速積累（圖2）。
圖2 增強的腸道脂質吸收促進SDR后脂肪量的增加
3. HP飲食可以阻止節(jié)食后脂肪量的增加
為了尋求潛在的飲食干預措施以阻止節(jié)食后脂肪量的增加，作者在SDR之前、期間和之后對血清中的代謝產物進行了非靶向代謝組學研究，發(fā)現差異血清代謝物主要集中在蛋白質消化吸收、氨基酸代謝、氨基酸生物合成及相關途徑，除甲硫氨酸外的必需氨基酸(EAAs)以及一些半必需氨基酸和非必需氨基酸在SDR期間和之后顯著增加。為了進一步探索氨基酸對SDR后快速脂肪量積累的潛在影響，作者在3天內分別喂食10%、25%和65%的食物量后，用HP飲食、低蛋白飲食和補充EAAs的正常蛋白質（NP）飲食喂養(yǎng)小鼠，結果發(fā)現SDR后喂養(yǎng)的所有三種日糧都阻止了脂肪量的快速積累，尤其是HP飲食甚至部分維持了SDR誘導的脂肪減少效果。表明節(jié)食后的脂肪量增加可以通過飲食干預來預防，特別是以HP飲食的形式（圖3）。
圖3 高蛋白飲食可有效維持節(jié)食引起的脂肪減少效果
4. SDR后高蛋白飲食會減弱腸道脂質吸收
作者進一步研究了HP飲食是如何阻止SDR后脂肪量快速積累的機制，結果表明HP飲食對SDR后快速脂肪量積累的抑制作用不是由于能量消耗的增加和熱量攝入的差異，主要是由飲食成分的差異造成。與SDR后喂食NP飲食的小鼠相比，SDR后喂食HP飲食的小鼠的糞便甘油三酯（TG）和盲腸糞便總長鏈脂肪酸（LCFAs）均顯著增加，表明HP飲食導致腸道脂質吸收減少，且發(fā)現HP飲食誘導的脂肪組織中脂肪酸攝取和脂質合成減少以及總脂質氧化增加有助于預防SDR后脂肪量的增加（圖4）。
圖4 SDR后高蛋白飲食會減弱腸道脂質吸收
5. 腸道菌群調控SDR后的腸道脂質吸收
接著探討了SDR后再進食引起的脂肪量快速積累和腸道脂質吸收增加是否與腸道菌群有關，結果發(fā)現SDR后再進食會顯著改變腸道菌群的組成，并誘導乳酸桿菌的顯著富集。SDR后進行NP飲食顯著增加了乳酸桿菌Lam-1的豐度，并且當使用HP飲食時，這種增加被充分抑制。使用抗生素盤尼西林處理小鼠可以顯著抑制乳酸桿菌Lam-1的生長，同時發(fā)現小鼠的腸道脂質吸收和白色脂肪組織的脂肪酸攝取顯著減少，對應的SDR后的脂肪量增加顯著降低。這些實驗表明SDR后再進食可通過腸道菌群增加脂肪組織中的脂肪堆積、腸道脂質吸收和白色脂肪組織的脂肪酸攝取（圖5）。
圖5 腸道菌群調控SDR后的腸道脂質吸收
6. 乳酸桿菌增加腸道脂質吸收和脂肪量
作者進一步通過糞菌移植實驗研究了腸道菌群對腸道吸收和白色脂肪組織的脂肪酸攝取的影響，結果發(fā)現轉移SDR-NP組糞菌的受體小鼠腸道脂質吸收和白色脂肪組織中的脂肪酸攝取顯著增加，而在轉移SDR-HP組糞菌的受體小鼠中，這一增加被顯著抑制。更進一步地，在無菌(GF)小鼠、悉生(GB)小鼠以及無特定病原體(SPF)的小鼠上的研究發(fā)現，補充乳酸桿菌Lam-1可以顯著增強腸道脂質吸收，增加白色脂肪組織的脂肪酸攝取，并誘導脂肪堆積（圖6）。
圖6 乳酸桿菌增加腸道脂質吸收和脂肪量
7. 乳酸桿菌產生的代謝物增加腸道脂質吸收和脂肪量
作者試圖進一步探究在SDR后再進食期間腸道菌群是如何調控腸道脂質吸收和白色脂肪組織的脂肪酸攝取。通過小鼠盲腸糞便的非靶向代謝組學研究，作者發(fā)現SDR后再進食會誘導可被HP飲食部分阻斷的盲腸糞便代謝物的改變，例如DL-3-苯基乳酸（PLA）、4-羥基苯乳酸（HPLA）、2-HICA、2-羥基-3-HMBA和吲哚乳酸（ILA）的增加，這些代謝物可以由乳酸桿菌Lam-1產生，并發(fā)現在被灌胃Lam-1的小鼠中，這5種代謝物水平顯著增加。此外還發(fā)現，每日灌胃這5種代謝產物會導致小鼠體內脂肪含量的增加，但不影響食物攝入量。數據表明腸道菌群如乳酸桿菌Lam-1產生的5種代謝物，可以上調腸道脂質吸收，增強白色脂肪組織中的脂肪酸攝取，并誘導脂肪堆積（圖7）。
圖7 乳酸桿菌產生的代謝物增加腸道脂質吸收和脂肪量
綜上所述，節(jié)食后的再進食促進了腸道乳酸桿菌及其代謝產物的富集，從而增強腸道脂質吸收以及白色脂肪組織的脂肪酸攝取，并最終導致脂肪的快速積累和肥胖。本研究提示HP飲食或抗生素處理是預防節(jié)食后肥胖或維持節(jié)食誘導的減脂效果的有效策略。
