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肠道细菌与肥胖的可能联系

 菌情观察室 2020-10-30

肥胖症是一种由多种因素引起的慢性代谢性疾病,在世界范围内的许多地区变得越来越普遍。肥胖可以增加许多严重健康问题的风险,包括心脏病、中风、骨关节炎、2型糖尿病甚至一些类型的癌症。

肠道细菌是生活在肠道中的数以亿万计的细菌,大多数位于结肠中,包括有益菌、中性菌和有害菌。研究发现,肥胖与肠道菌群有关,某些肠道细菌可以导致肥胖。肠道细菌影响体重的发现可能会对肥胖的治疗产生巨大的影响。在未来,我们或许可以通过调节肠道环境和肠道菌群来减肥。

世界卫生组织估计:2016年,18岁及以上的成年人中逾19亿人超重,其中超过6.5亿人肥胖。

肥胖的定义

超重(overweight)和肥胖(obese)是不同的。肥胖的定义通常是基于身高质量指数(body mass index,BMI)的,通常用于对成人进行超重和肥胖分类,其定义为按公斤计算的体重除以按米计算的身高的平方(kg/m2)。

世界卫生组织对成人做出的超重和肥胖定义如下:

  • BMI ˂ 18.5:体重过轻

  • 18.5 ≤ BMI ≤ 24.9:正常体重

  • 25.0 ≤ BMI ≤ 29.9:超重

  • BMI ≥ 30.0:肥胖

这些数字有助于说明一个人的体重分类,但情况并非总是如此。例如,运动员的肌肉质量通常增加,这可以增加他们的体重,使得他们的BMI略高于正常情况;老年人通常肌肉减少,这可能降低他们的体重和BMI,尽管如此,他们体内也可能有大量不健康的脂肪。


世界卫生组织估计:全球肥胖流行率在1975年和2016年之间增长近三倍。


肠道细菌与健康

我们身体所携带的细菌数量远远超过人类自身的细胞数量。这些细菌生活在我们的皮肤以及身体上所有与外界相连的通道中,比如呼吸道和消化道。

研究表明,肠道细菌与多种重要的方式影响我们的生活。它们产生我们所需的维生素,比如维生素K;帮助食物的消化和吸收;抵御病原微生物的感染。一些细菌也能帮助促进免疫系统的激活,调节胆固醇代谢或减少炎症。

人类微生物组计划就旨在发掘人类身体上的所有微生物与健康和疾病的关系。了解这些细菌具有重要意义,尤其是肠道细菌,因为它们对我们的生活至关重要。

甲烷短杆菌在体重增加中的可能作用

来自美国加利福尼亚州西达-赛奈医疗中心的研究人员发现一种肠道微生物与体重增加间接相关,这种微生物叫做史氏甲烷短杆菌(Methanobrevibacter smithii),它是古细菌的一种。古细菌曾经也被认为是细菌,实际上,它们与细菌有许多相似之处,但也有一些重要的差异。 

研究人员检查了792名志愿者呼出的空气样本中的氢气和甲烷的含量,将样本分为四类:

  • 氢气和甲烷均处于正常水平;

  • 氢气浓度高于正常水平;

  • 甲烷浓度高于正常水平;

  • 氢气和甲烷均高于正常水平

研究人员发现,氢气和甲烷水平均较高的人,其BMI和身体脂肪比例显著高于其他人。

肠道中的大多数甲烷气体是由史氏甲烷短杆菌产生的。这些微生物吸收细菌所释放的氢气,然后利用氢气产生甲烷。一些氢气和甲烷进入血液循环,被肺呼出。

高氢气浓度的肠道环境对某些肠道细菌是有害的。研究人员认为甲烷短杆菌通过吸收肠道环境中的氢气,帮助那些释放氢气的细菌存活和数量增加。这些细菌可能分解更多的食物,给自己以及宿主提供更多的营养。久而久之,营养吸收的增加可能导致体重增加。

研究人员正在通过利用抗生素靶向清除肠道中的甲烷短杆菌,以期望发现甲烷短杆菌的清除是如何影响肠道中食物的消化吸收过程的。



甲烷短杆菌和儿童体重增加

在另一项研究中,来自荷兰的科学家对472名6至10岁的儿童的粪便样本进行了分析,结果发现,粪便中史氏甲烷短杆菌的水平高与体重增加、高BMI分数和超重有关。

研究人员认为当甲烷短杆菌移除了肠道中的氢气后,细菌发酵碳水化合物和多糖的速度增加,产生更多被人类利用的物质。

值得注意的是,尽管多项研究发现了史氏甲烷短杆菌可能有助于体重增加,但也有一些研究发现它似乎会导致体重下降。微生物对我们的身体的影响非常复杂,人体内发生着许多过程和相互作用,并不是所有过程都已经了解。实验条件和过程也可能影响实验的结果。

世界卫生组织估计:2016年,大约有4100万5岁以下儿童超重或肥胖。

肠杆菌在体重增加中的可能作用

上海交通大学的研究团队发现了另一种可能影响肥胖的细菌。他们给一个病态肥胖的男性志愿者设计了一种特殊的饮食,旨在通过改变肠道pH值来改变肠道菌群组成。这种饮食包括全谷物、难消化的碳水化合物、益生菌和传统中药。该志愿者在试验开始时的体重为175公斤,他在试验期间没有运动,减掉了51公斤。

研究人员发现,在试验开始前,肠杆菌属的一种细菌阴沟肠杆菌(Enterobacter cloacae)是该志愿者肠道中最多的细菌,而在试验结束后(持续23周),这种细菌在该志愿者的肠道中几乎检测不到。

研究人员想知道是因为体重减轻导致了肠道菌群的改变还是阴沟肠杆菌的清除导致体重减轻,至少是部分原因。他们将从该志愿者肠道中分离的阴沟肠杆菌转移到小鼠中,然后给小鼠饲喂高脂饮食,结果发现,肠道中有阴沟肠杆菌的小鼠比没有这种细菌的小鼠体重增加更多,这说明阴沟肠杆菌可以导致体重增加。

肠道细菌与炎症和肥胖相关联

除甲烷短杆菌和肠杆菌外,有更多其它细菌在肥胖发生中发挥作用,事实上,来自美国马里兰大学医学院的研究人员已经鉴定了26种可能与炎症、肥胖和代谢综合征有关的细菌。

代谢综合征是指人体的蛋白质、脂肪、碳水化合物等物质发生代谢紊乱的病理状态,是一组复杂的代谢紊乱症候群,是导致心血管疾病、中风和2型糖尿病等的风险因素。一个人要诊断为代谢综合征,必须具备以下条件中的至少三个:

  • 超重和(或)肥胖;

  • 高血压

  • 高空腹血糖

  • 高血甘油三酯

  • 低水平高密度脂蛋白胆固醇

虽然低密度脂蛋白胆固醇、胰岛素抵抗和炎症不是代谢综合征诊断标准的组成部分,但是,一个诊断为代谢综合症的人通常具有较高的血低密度脂蛋白胆固醇水平、胰岛素抵抗和广泛的炎症。

马里兰大学的研究人员发现的26种细菌在肥胖或有代谢综合症征兆的人群中都非常常见,但是在健康人群中要少得多。需要更进一步的研究来了解是这些细菌导致肥胖或是肥胖导致这些细菌的数量增加。





其它与肥胖相关的细菌

研究发现,某些类型的细菌可以导致小鼠肥胖。大多数肠道细菌都属于硬壁菌门(Firmicutes)和拟杆菌门(Bacteroidetes)。至少在小鼠中,硬壁菌与肥胖相关,而拟杆菌与体重减轻相关。

研究人员收集了肥胖小鼠的肠道细菌样本,并转移到无菌的瘦鼠肠道中。结果发现,瘦鼠出现了多余的脂肪堆积。同时,研究人员将瘦鼠的肠道细菌转移到无菌小鼠中,发现不会改变受体小鼠的体重。实验中的所有小鼠都给予同样的食物,含有相同数量的卡路里。

人体上也发现类似的结果,研究发现,当肥胖的人体重减轻时,肠道中拟杆菌/硬壁菌的比例增加。体重减少可能导致了这种变化。

尽管肠道细菌会导致肥胖,但传统的减肥建议仍然很重要,包括健康饮食和每周至少锻炼150分钟。肥胖和超重的人在开始锻炼之前,应该寻求医疗建议。

溜溜球节食的可能问题

“溜溜球节食”(yo-yo diet)通常是指一个人在通过节食减轻体重后,又恢复到以前的饮食,导致体重又上升,然后又回到节食减肥中,试图减掉刚刚增加的体重。有些人会重复这种模式,继而出现体重反复上升下降的情况。在这个过程中,最初是减肥者在减肥上的成功,但成功无法长期保持,并开始重新获得重量,最后减肥者失去的肥胖又回来了。研究表明,这可能是肠道菌群惹的祸。

2016年,来自以色列的科学家发现,溜溜球节食的小鼠比不吃特殊饮食但摄入卡路里量相同的小鼠相比,体重增加得更多。此外,溜溜球节食的小鼠肠道细菌多样性较低。肥胖的人肠道菌群多样性也通常比瘦人低。当把来自溜溜球节食的小鼠的肠道细菌移植到无特殊饮食的小鼠后,这些小鼠的体重也明显增加更多。



基因、饮食、肠道菌群多样性和体重减轻

2017年,来自英国诺丁汉大学的研究人员在《International Journal of Obesity》杂志上报道了一项有趣的研究。研究团队对1632名双胞胎女性进行了研究,其中大约一半左右为同卵双胞胎。同卵双胞胎的遗传背景一致,使得研究人员能够了解基因的作用。

九年后,研究人员发现那些饮食中富含纤维的女性与其她女性相比不太可能获得体重增加,即使其她女性是同卵或异卵双胞胎而且摄入大致数量相当的卡路里。事实上,研究发现基因对观察到的体重变化的影响不到一半。此外,研究发现,在9年时间里体重保持不变或体重减轻的女性肠道细菌多样性更丰富。

饮食可以影响体重和肠道细菌。研究人员承认,这一结果只是显示了肠道微生物组成与体重之间的相关性,并不能证明肠道细菌可以影响人的体重。然而,小鼠的研究也支持这一点,有趣的是,在本研究中瘦的女性中发现的一些独特的细菌有助于小鼠减轻或维持体重。除非在非常特殊的疾病条件下,将肠道细菌从直接一个人转移到另一个人是不符合伦理的,所以不能像在小鼠中一样确定“瘦”细菌在人体内的作用。

抗生素和肠道微生物

更多的支持体重与肠道菌群之间存在联系的证据来自于抗生素的使用。广谱抗生素的反复使用或连续使用会减少肠道细菌的多样性,这种变化通常伴随着体重增加。

  • 2015年发表在《Nature》杂志上的一项研究对2010年美国国家处方信息进行了分析,发现他们研究的儿童样本中,平均年龄到两岁时都接受了接近三个疗程的抗生素治疗,而到十岁时,已经接受了十个疗程的抗生素治疗。

  • 2014年,一项发表在《JAMA Pediatrics》杂志上的研究分析了美国费城64000名儿童的健康档案。那些在两岁之前至少接受过四次抗生素治疗的儿童到五岁时有更大的肥胖风险。如果开的是广谱抗生素,这种相关性更强烈。

  • 2014年,一项发表在《International Journal of Obesity》杂志上的研究对400名孕妇及其孩子进行了追踪调查,直到孩子七岁。研究发现,在妊娠中期或妊娠晚期服用过抗生素的孕妇,其孩子肥胖的风险更大。

当然,在某些情况下服用抗生素是非常重要的,可能可以挽救一个人的生命。然而,如果可能的话,使用窄谱抗生素最好,这可以杀死那些目标细菌,而不是无选择的杀死所有细菌。当然,如无必要,尽量不用最好。

肥胖的可能治疗方法

虽然不良的饮食习惯和缺乏锻炼可能导致体重增加,但越来越多的人开始怀疑肥胖的原因可能更加复杂。一些研究人员认为肥胖是由于身体的根本变化导致或影响的,其中一个可能的变化就是肠道菌群的组成。

某些特定的肠道细菌可能导致肥胖,肥胖也可能产生有利于有害细菌生存的环境。迄今为止所取得的研究结果表明,至少在某些病例中,某些特定细菌的存在可导致肥胖。这可能为开发新的减肥方法打开大门。

某些细菌也可能通过杀灭或抑制有害细菌的生长来预防肥胖。其它一些细菌可能改变肠道环境,使其对有害细菌的生长不利。

益生菌是对健康有益的细菌。在未来,有可能可以以益生菌补充剂的形式给人们提供抗肥胖的细菌。一些膳食补充剂也可能以有益的方式来改变肠道环境。另一种可能性就是使用某种特定的抗生素靶向杀死有害细菌。这些研究都正在进行中。

众所周知,不良的饮食习惯和缺乏锻炼往往会导致体重增加。任何肥胖或超重的人都应该通过调整饮食和锻炼加以改善。如果我们通过将某些细菌添加到肠道中就能有助于减肥的过程,那就太好啦,在不久的将来,或许就能实现啦。

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