派森諾與中國(guó)科學(xué)院上海營(yíng)養(yǎng)與健康研究所攜手合作，在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《Nature Metabolism》發(fā)表了通過(guò)高蛋白飲食干預(yù)或特定抗生素處理可有效緩解節(jié)食終止后的體脂增長(zhǎng)和肥胖的研究論文。
飲食限制(Dietary restriction, DR)，也常被稱(chēng)為節(jié)食(Dieting)，是一種常見(jiàn)的通過(guò)限制飲食來(lái)控制體重、減少體脂的飲食干預(yù)方式。無(wú)論胖瘦、青少年還是中老年，不同社會(huì)階層的人都有很大比例在通過(guò)節(jié)食控制體重或者減肥，并且擁有正常體重的人群節(jié)食的比例也越來(lái)越高。然而，許多研究表明節(jié)食人群較少能夠很好地維持減去的體重，往往會(huì)面臨體重體脂快速反彈的問(wèn)題。深入理解節(jié)食后體重體脂反彈的關(guān)鍵機(jī)制，提供相應(yīng)的干預(yù)策略至關(guān)重要。
mRNA測(cè)序，16S rDNA測(cè)序，非靶代謝組學(xué)，qPCR，細(xì)胞染色，化合物質(zhì)譜檢測(cè)等
為了研究節(jié)食后體重體脂反彈的機(jī)制，該研究首先設(shè)計(jì)了多達(dá)10種不同類(lèi)型的小鼠飲食限制模式，包括連續(xù)3天每天均等或梯度遞增或遞減少吃2天或1天的食物量，連續(xù)2天每天攝入1/2的食物量，連續(xù)6天、12天或24天每天攝入2/3的食物量，以及30天的隔日禁食。研究發(fā)現(xiàn)所有這些飲食限制，都可以顯著降低體內(nèi)脂肪含量。然而令人意想不到的是，一旦恢復(fù)自由飲食，小鼠的體脂含量快速增加，并可達(dá)到最初體脂含量的約兩倍，同時(shí)伴隨褐色脂肪細(xì)胞的白色脂滴積累以及肝臟脂肪變性。如圖1所示，這些結(jié)果表明，節(jié)食后的自由進(jìn)食會(huì)導(dǎo)致小鼠脂肪快速堆積。
圖1各種類(lèi)型的節(jié)食后自由進(jìn)食會(huì)導(dǎo)致體脂快速增加
2.SDR后腸道脂質(zhì)吸收增強(qiáng)促進(jìn)了體脂增加
為了揭示SDR(Short-term dietary restriction)后脂肪量增加的機(jī)制，研究人員首先分析了能量消耗，然后又研究了攝食量是否參與SDR后脂肪量的快速積累，研究數(shù)據(jù)表明，兩者并不是SDR后脂肪快速堆積的主要原因。為了進(jìn)一步研究SDR后脂肪快速堆積的機(jī)制，研究分析了是否與腸道脂質(zhì)吸收增加有關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，SDR后小鼠糞便甘油三酯(TG)顯著降低，小腸絨毛染色切片和小腸TG定量均顯示SDR后小腸TG顯著升高(圖2i,j)。此外，通過(guò)高通量mRNA測(cè)序分析發(fā)現(xiàn)，SDR后iWAT中的脂肪酸和TG合成相關(guān)基因表達(dá)水平顯著增加。這些數(shù)據(jù)表明（圖2），腸道脂質(zhì)吸收的增強(qiáng)促進(jìn)了SDR后體脂的快速積累。
圖2 腸道脂質(zhì)吸收增強(qiáng)促進(jìn)了體脂快速積累
為了尋找有效的營(yíng)養(yǎng)干預(yù)策略，研究人員進(jìn)行了血液的非靶向代謝組學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)差異代謝物主要集中在蛋白的消化和吸收、氨基酸代謝和氨基酸合成相關(guān)通路（圖3a.b）。因此，在飲食限制后，研究人員給小鼠提供了正常蛋白、高蛋白、低蛋白飲食以及在正常蛋白基礎(chǔ)上額外添加必須氨基酸的飲食。結(jié)果顯示高蛋白飲食可有效抑制飲食限制后體脂含量的快速增加，甚至維持了飲食限制的體脂減少效果，同時(shí)避免了褐色脂肪細(xì)胞的白色脂滴積累以及肝臟脂肪變性（圖3f）。同時(shí)，這種效果對(duì)于雌性和雄性小鼠都是有效的。由于高蛋白飲食會(huì)導(dǎo)致攝食量減少，為了排除攝食量減少的影響，研究人員使用正常蛋白飼料或高脂飼料的等能量配對(duì)飲食實(shí)驗(yàn)揭示了是食物組分而非卡路里攝入量，是高蛋白飲食緩解飲食限制后體脂含量增加的主要原因。
圖3高蛋白飲食有效維持了節(jié)食引起的脂肪減少效果
4.SDR后的高蛋白飲食可減弱腸道脂質(zhì)吸收
為了研究高蛋白飲食預(yù)防節(jié)食后體脂反彈的機(jī)制，研究人員首先分析了能量消耗，發(fā)現(xiàn)SDR后高蛋白飲食的小鼠能量消耗顯著減少，說(shuō)明高蛋白飲食抑制節(jié)食后的體脂增加并不是由于能量消耗。由于高蛋白飲食會(huì)導(dǎo)致攝食量減少，為了排除攝食量減少的影響，研究人員使用正常蛋白飼料或高脂飼料的等能量配對(duì)飲食實(shí)驗(yàn)揭示了是食物組分而非卡路里攝入量，是高蛋白飲食緩解飲食限制后體脂含量增加的主要原因。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)高蛋白飲食抑制了飲食限制后腸道和血液膽汁酸水平的增加、削弱了腸道脂質(zhì)吸收、減少了白色脂肪組織的合成代謝并且增加了總的脂質(zhì)氧化（圖4）。
圖4 高蛋白飲食可下調(diào)腸道脂質(zhì)吸收
5.腸道菌群可調(diào)節(jié)SDR后的腸道脂質(zhì)吸收
飲食是決定腸道菌群生態(tài)的關(guān)鍵因素，而腸道菌群可以影響腸道的脂質(zhì)吸收以及脂肪組織的脂質(zhì)代謝。為進(jìn)一步研究飲食限制后體脂反彈以及高蛋白飲食抵抗體脂反彈的機(jī)制，研究人員進(jìn)行了盲腸菌群的16S rDNA測(cè)序。結(jié)果發(fā)現(xiàn)飲食限制后小鼠的腸道菌群組成發(fā)生了顯著改變，其中的乳酸桿菌比例從節(jié)食前的不足5%快速增長(zhǎng)至約50%，高蛋白飲食可顯著抑制乳酸桿菌比例的增加。研究人員接著從小鼠盲腸內(nèi)容物中分離、鑒定了一種乳酸桿菌，并命名為L(zhǎng)am-1，同時(shí)驗(yàn)證了飲食限制后Lam-1豐度極顯著增加，而高蛋白飲食小鼠的Lam-1比例顯著降低。使用對(duì)Lam-1高度敏感的抗生素處理小鼠可顯著抑制Lam-1的生長(zhǎng)，進(jìn)而減弱飲食限制后的腸道脂質(zhì)吸收和白色脂肪組織的脂肪酸攝入，并最終減少體脂積累（圖5）。更進(jìn)一步地，通過(guò)無(wú)菌(Germ-free, GF)小鼠、悉生(Gnotobiotic, GB)小鼠以及正常飼養(yǎng)的無(wú)特定病原體(Specific-pathogen Free, SPF)小鼠的實(shí)驗(yàn)表明，補(bǔ)充乳酸桿菌Lam-1可顯著增強(qiáng)腸道的脂質(zhì)吸收以及白色脂肪組織的脂肪酸攝入，進(jìn)而導(dǎo)致脂肪的積累（圖6）。
圖5 節(jié)食后的自由進(jìn)食通過(guò)改變腸道菌群誘導(dǎo)脂肪快速堆積
圖6 補(bǔ)充乳酸桿菌Lam-1可促進(jìn)腸道脂質(zhì)吸收與脂肪積累
6.乳酸桿菌代謝產(chǎn)物增加腸道脂質(zhì)吸收和脂肪量
考慮到使用盤(pán)尼西林抑制Lam-1生長(zhǎng)以及單獨(dú)補(bǔ)充Lam-1的實(shí)驗(yàn)有效性，接下來(lái)研究人員試圖更深入地探究腸道菌群如何調(diào)控SDR后的腸道脂質(zhì)吸收以及脂肪組織的脂肪酸攝取。通過(guò)非靶向的代謝組學(xué)，研究人員找到了5種關(guān)鍵的菌群小分子代謝物，當(dāng)給小鼠灌胃PLA、HPLA、ILA、HICA和HMBA等5種混合的代謝物后，發(fā)現(xiàn)與灌胃水的小鼠相比，近端空腸絨毛切片的熒光強(qiáng)度顯著增加(圖7m.n)。此外，還測(cè)量了WAT中的脂肪酸攝取，在灌胃5種代謝物的小鼠中，iWAT和eWAT切片的熒光強(qiáng)度顯著增加(圖7o.p)。此外，每天灌胃這5種代謝物會(huì)顯著增加小鼠的脂肪含量，但不改變小鼠的攝食量(圖7q,r)。這些數(shù)據(jù)表明，腸道菌群如乳酸桿菌Lam-1產(chǎn)生的5種代謝產(chǎn)物，可以上調(diào)腸道脂質(zhì)吸收，增強(qiáng)WAT中脂肪酸的攝入，誘導(dǎo)脂肪堆積。
圖7 菌群代謝產(chǎn)物增加了腸道脂質(zhì)吸收與脂肪量
該研究發(fā)現(xiàn)多種類(lèi)型的節(jié)食終止后都會(huì)導(dǎo)致脂肪的快速積累和肥胖，揭示了體重反彈過(guò)程中腸道乳酸桿菌及其代謝物的增加會(huì)促進(jìn)腸道脂質(zhì)吸收和脂肪積累，而飲食限制后的高蛋白飲食或特定抗生素處理可以抑制乳酸桿菌的生長(zhǎng)進(jìn)而抑制腸道脂質(zhì)吸收和脂肪積累。該研究顯示飲食限制后恢復(fù)自由飲食會(huì)導(dǎo)致肥胖的發(fā)生，也為肥胖研究提供了除高脂高糖飲食之外的全新的系列動(dòng)物模型。同時(shí)，該研究也指出，通過(guò)高蛋白飲食或抗生素靶向腸道乳酸桿菌從而抑制腸道脂質(zhì)吸收，是預(yù)防節(jié)食后肥胖的有效策略。
本研究的部分測(cè)序和數(shù)據(jù)分析工作由上海派森諾生物科技股份有限公司完成。
