Cell：如果不喂好你的肠道菌 它们可能就会吃你！

　　

生物通报道：这听起来像是20世纪50年代科幻电影的情节：人体内正常的有益细菌，如果没有得到想要的食物，就开始从体内开始“吃”它们的宿主。

但是最近一项新的研究，向我们展示了“当消化系统内的微生物没有得到它们所依赖的食物时，究竟会发生什么样的情况？”。由于饥饿，它们开始吃排列在肠道内壁的自然粘液层，从而过度侵蚀着肠道内膜，使得入侵的细菌能够感染结肠壁。延伸阅读：四川农大：肠道菌群蕴藏长寿的关键；肠道菌与风湿关节炎也有关联？；Nature：肠道菌群如何影响健康。

11月17日在《Cell》杂志发表的一项新研究中，一个国际团队展示了纤维缺失对特别饲养的小鼠的肠道有何影响。这些小鼠在出生和成长过程中，都没有它们自己的肠道微生物，然后接受了14种细菌的移植，这些细菌通常在人类肠道内生长。科学家们知道每种细菌的完整的遗传特征，使他们能够随着时间的推移跟踪它们的活动。

这些研究结果有着重要的意义，不仅让我们了解纤维在正常饮食中的作用，而且也让我们有望使用纤维来对抗消化道疾病的影响。

密歇根大学医学院微生物学副教授Eric Martens博士说：“我们通过研究纤维、肠道微生物和肠道屏障系统之间的关系，我们了解到，如果你不喂养它们，它们就会吃了你。”他与他的前博士后研究员、现在中卢森堡卫生研究所的Mahesh Desai博士，共同带领了这项研究。

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利用密西根州大学专门的无菌小鼠设备，以及先进的基因技术，他们确定了在不同条件下存在和活动的细菌，他们研究了不同纤维含量以及没有纤维含量的饮食所产生的影响。他们还感染了一些携带某种细菌菌株的小鼠，这些细菌对小鼠的影响，类似于大肠杆菌在人类中的影响——可造成人类肠道感染，导致刺激、炎症、腹泻等等。

结果发现，在接受饮食的小鼠中，粘液层保持较厚，感染没有完全持续，这些饮食中约有百分之15的纤维来自于微加工的谷物和植物。但是当研究人员将食物替换为不含纤维的食物时，在连续几天的时间，它们肠道中的一些微生物就开始蚕食肠道粘液了。

他们也尝试过富含益生元纤维的食物——可溶性纤维的纯化形式，类似于当前一些加工食品和补充剂所包含的纤维。这种饮食可导致相同的粘液层侵蚀——缺乏纤维的小鼠中观察到的相同现象。

研究人员还发现，细菌的混合根据小鼠喂食的东西而发生变化。在移植的微生物中，一些细菌是更常见的，这意味着，它们在低纤维饮食的条件下繁殖的更多，其他细菌则是在高纤维的条件下。

在低纤维和无纤维条件下最蓬勃发展的四株细菌，是唯一能制造糖蛋白（构成了粘液层）分解酶的细菌。

基于遗传信息研究细菌，研究人员可以看到细菌正在制造哪种纤维消化酶。他们检测到了超过1600种不同的酶，能够降解碳水化合物——类似于正常人体肠道的复杂性。

就像细菌的混合一样，酶的混合会根据小鼠被喂食的东西而变化，甚至偶尔的纤维缺失，也会导致更多的粘液降解酶产生。

粘液层以及不断产生粘液的结肠壁的“杯状”细胞的影像表明，小鼠接受的纤维越少，该层就越薄。同时在正常肠道中粘液不断的产生和分解，在最低纤维条件下的细菌活性变化意味着，进食的速度比生产速度更快——几乎就像是树木的采伐速度超过了新树的种植速度。

当研究人员用柠檬酸杆菌（Citrobacter rodentium，大肠杆菌样的细菌）感染小鼠时，他们观察到，这些危险细菌在接受无纤维饮食的小鼠肠道中更加蓬勃发展。这些小鼠当中的许多开始出现疾病和体重减轻的迹象。

当科学家们观察它们的肠道组织样本时，他们看到的不仅是一层更薄甚至是片状的粘液，同时他们也看到了广泛的炎症。在感染之前摄入富含纤维饮食的小鼠，也出现了一定的炎症，但在一个更小的区域内。

Martens指出，除了无菌设施之外，这项研究的成功，还是因为通过医学院Host Microbiome Initiative建立起来的微生物DNA和RNA测序能力，以及完成所有序列数据的计算能力。他说：“拥有所有的资源，是这项研究成果的关键。”他还指出，密歇根大学的同事们在Gabriel Nunez和Nobuhiko Kamada的带领下，提供了C. rodentium病原体模型，法国克斯马赛大学研究小鼠肠道酶的合作者，也提供了帮助。

展望未来，Martens和Desai打算探讨不同的益生元纤维混合的影响，以及具有间歇性天然纤维含量的食物在较长的一段时间有何影响。他们还想寻找生物标志物，可以告诉他们人类肠道粘液层的状态——如粘液消化细菌菌株的丰度，以及低纤维对慢性疾病（如炎症性肠道疾病）的影响。

Martens说：“尽管该研究是在小鼠中进行的，但是这项工作带给人们的关键信息，放大了医生和营养学家几十年来告诉我们的一切：大量进食不同天然来源的纤维。你的饮食习惯直接影响着你的肠道菌群，并从那里开始它可能会影响你的肠道粘液层和疾病倾向。但是，我们是否能用更纯净和容易摄取的东西，来治疗我们的纤维缺乏？这还是一个未解决的问题。”

（生物通：王英）

生物通推荐原文摘要：
A Dietary Fiber-Deprived Gut Microbiota Degrades the Colonic Mucus Barrier and Enhances Pathogen Susceptibility
Summary：Despite the accepted health benefits of consuming dietary fiber, little is known about the mechanisms by which fiber deprivation impacts the gut microbiota and alters disease risk. Using a gnotobiotic mouse model, in which animals were colonized with a synthetic human gut microbiota composed of fully sequenced commensal bacteria, we elucidated the functional interactions between dietary fiber, the gut microbiota, and the colonic mucus barrier, which serves as a primary defense against enteric pathogens. We show that during chronic or intermittent dietary fiber deficiency, the gut microbiota resorts to host-secreted mucus glycoproteins as a nutrient source, leading to erosion of the colonic mucus barrier. Dietary fiber deprivation, together with a fiber-deprived, mucus-eroding microbiota, promotes greater epithelial access and lethal colitis by the mucosal pathogen, Citrobacter rodentium. Our work reveals intricate pathways linking diet, the gut microbiome, and intestinal barrier dysfunction, which could be exploited to improve health using dietary therapeutics.