近日，美国科罗拉多州柯林斯堡市科罗拉多州立大学生物医学科学系Claire de La Serre团队在《Gut Microbes》发表论文Transfer of microbiota from lean donors in combination with prebiotics prevents excessive weight gain and improves gut-brain vagal signaling in obese rats,该篇文章评估了在肥胖、迷走神经受损的大鼠中转移瘦肠道微生物群对肠脑通信、食物摄入和体重的影响。
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人们普遍认为，肥胖是由于能量摄入与能量消耗之间的不平衡造成的。人体的能量代谢是一个高度复杂、多因素的过程。居住在胃肠道（GI）中的微生物群，被称为肠道微生物群，在调节宿主能量代谢中发挥着关键作用，从而有助于代谢健康。肥胖与肠道微生物群组成的不利变化，或菌群失调有关。在肥胖中，厚壁菌门和拟杆菌门的成员占肠道微生物群的约80%，研究表明，在人类和啮齿动物中，肥胖时厚壁菌门的相对丰度增加，而拟杆菌门减少。与高脂饮食反应相似的变化也观察到。不管饮食干预的时间长短，高脂饮食消费导致以微生物多样性减少和肠道微生物群的促炎潜力增加为特征的微生物群失调，这与GI通透性受损有关。无菌（GF）动物与肥胖或高脂饮食供体的微生物群定植，会在常规化动物中诱导出肥胖表型，其特征是增加热量摄入和体脂积累。
鉴于迷走神经信号在调节摄入中的作用以及迷走神经末梢在胃肠固有层的分布，很可能微生物群组成的变化会影响迷走神经信号，因为迷走神经传入神经元（VAN）表达细菌副产品的受体。迷走神经提供外周器官和大脑之间的双向通信。在GI道中，机械敏感的迷走神经感觉末梢对扩张做出反应，化学敏感的迷走神经传入末梢对营养物质做出反应，以抑制餐量。餐后信号增加孤束核（NTS）中的神经活动，孤束核是迷走神经感觉末梢的中枢部位。肠道饱腹肽的释放，如胆囊收缩素（CCK）和胰高血糖素样肽1释放（GLP-1）激活迷走神经传入神经元，以发出餐终信号并诱导饱腹感。可卡因和安非他明调节的转录本（CART）神经肽在VAN中表达，其细胞体位于结状神经节（NG），在进食时这种反应是由CCK介导的。CART和CCK介导的迷走神经信号进一步与NTS和其他参与食物摄入控制的中枢区域的c-Fos表达相关，c-Fos是神经激活的标志。高脂饮食和/或肥胖已被证明会降低VAN对张力、营养物质和GI激素的敏感性，以及餐后NTS的激活。这些变化与食物过度消费有关。除了稳态机制外，肠道内VAN投射到大脑边缘区域，这个肠-奖赏回路对餐终也至关重要。
至关重要的是，从高脂饮食喂养的大鼠转移微生物群，即失调的微生物群，到无菌（GF）或微生物群耗竭的大鼠中，显著增加了NG和NTS中免疫细胞的募集，以及减少了支配NTS的迷走神经传入神经元的密度。与高脂型微生物群定植的微生物群耗竭的大鼠也显示出对GI饱腹肽CCK的敏感性降低和食物相关奖赏的减弱。相反，正常化高脂饮食大鼠的微生物群组成或抑制免疫细胞可以防止NTS水平的迷走神经支配丧失，并保持CCK敏感性。这些数据表明，高脂饮食引起的微生物群组成变化和相关的炎症是改变迷走神经信号的必要和充分条件。然而，目前尚不清楚在肥胖已经建立和/或饮食驱动的迷走神经信号改变之后，恢复正常微生物群是否可以改善肠脑信号并促进体重减轻。
研究内容
评估在肥胖、迷走神经受损的大鼠中，肠道微生物群转移结合益生元补充对肠脑通信、食物摄入和体重、24小时进食模式以及对食物奖励的意愿的影响。研究将动物分为四组：低脂饮食（LF）对照组、低脂饮食的大鼠接受低脂饮食供体的微生物群（LF-LF）、高脂饮食的大鼠接受低脂饮食供体的微生物群和益生元补充（HF-LF），以及高脂饮食的大鼠接受高脂饮食供体的微生物群（HF-HF）。体重控制：与HF-HF组相比，HF-LF组的大鼠在光周期内的热量摄入减少，并且额外的体重增加得到预防。HF-LF组的大鼠显示出与低脂饮食组相似的微生物群特征，与高脂饮食组有显著差异。肠脑通信：HF-LF组大鼠在餐后显示出增加的迷走神经激活，与HF-HF组相比，HF-LF组大鼠在NTS中的CART阳性神经元数量显著增加。进食模式：HF-LF组大鼠的进食模式得到正常化，与HF-HF组相比，HF-LF组大鼠在光周期的餐量减少。行为测试：HF-LF组大鼠在操作性任务的习得时间上有所改善，与低脂饮食组相当。炎症反应：HF-LF组大鼠的NTS中Iba1阳性免疫细胞的数量减少，表明炎症反应降低。微生物群转移和益生元的协同作用：研究结果表明，低脂微生物群转移和益生元补充在高脂饮食的肥胖大鼠中产生了有益的微生物群组成变化，即使在动物继续高脂饮食的情况下也是如此。综上所述，这项研究提供了改善饮食诱导的肥胖大鼠肠道微生物群组成的证据，这些变化可以改善高脂高糖饮食消费的许多不利后果，包括体重控制、肠脑通信、进食模式和行为表现。研究强调了肠道微生物群在调节进食行为中的重要性，并可能成为改善肥胖及其并发症的潜在治疗目标。
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图 1. LF 微生物群转移与益生元联合可防止 HF 喂养大鼠体重过度增加。![]()
图2. LF 微生物群转移与益生元相结合改善了 HF 喂养大鼠的微生物群谱。![]()
图3 . LF 微生物群转移与益生元相结合，使 HF 喂养大鼠的摄食模式正常化。![]()
图 4. LF 微生物群转移与益生元相结合，改善了 hf 喂养大鼠操作任务的采集时间。![]()
图5. LF 微生物群转移与益生元联合挽救了 HF 喂养大鼠的餐后结节 （NG） 和 NTS 激活。
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图6.LF 微生物群转移与益生元相结合，减少了 hf 喂养大鼠 NTS 中免疫细胞的活化。总之，这项研究提供了一个概念验证，即改善饮食引起的肥胖中肠道微生物群的组成可以减轻长期高脂高糖饮食消费的许多不利后果。该研究发现，在肥胖大鼠中，微生物群转移结合低聚果糖补充即使在动物继续高脂饮食的情况下也导致了微生物群组成的有益变化。值得注意的是，尽管当前的研究设计不允许区分微生物群转移和低聚果糖或两者的协同作用的效果，但先前的研究表明，单独的低聚果糖补充在暴露于高脂饮食五周后对大鼠的体重或热量摄入没有影响。此外，根据之前的报告，使用的低聚果糖剂量预计不会独立影响食物摄入和体重。因此，观察到的代谢结果的变化可能是低聚果糖和微生物群转移的协同作用的结果。接受低脂微生物群的高脂饮食动物体重增加较少，表现出正常化的进食模式，改善了任务习得，并恢复了肠脑迷走神经信号通路的功能。这些数据强调了肠道微生物群在调节进食行为中的重要性，不仅在肥胖的发展中，而且在肥胖的维持中，因此代表了改善肥胖及其并发症的潜在治疗目标。![]()
刘丹，女，中国农业大学副教授，博士生导师。研究方向：家禽营养与免疫、家禽肠道健康的调控，基于神经-内分泌-免疫网络的肉鸡应激分子机制研究（国家重点研发计划，2019-2023，课题主持），NOD样受体/NF-κB信号通路与感染产气荚膜梭菌肉仔鸡炎症反应的关系及乳酸菌的调控作用(2015.1-2017.12，国家自然科学基金，主持)。
