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昼夜颠倒,肠道菌群也会吃不消(健康知识-摘自网络)  

2014-10-18 04:46:41|  分类: 健康养生 |  标签: |举报 |字号 订阅

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倒时差带给你的可能不止是哈欠连天和黑眼圈——以色列的一项最新研究表明,人类和小鼠肠道内的菌群会受到宿主生物钟的影响,宿主生物钟的紊乱会左右肠道细菌的丰度变化,进而提高出现肥胖和代谢问题的风险。研究论文于10月16日发表在期刊《细胞》(Cell)上。
  

生物钟是将个体生理节律与外部时间联系起来的重要机制。哺乳动物的生物钟由位于下丘脑的视交叉上核(suprachiasmatic nucleus,SCN)的主生物钟(central clock)感知来自环境的光源变化,对其他组织中的外周生物钟(peripheral clock)进行调控,后者进一步调控各种生理过程,并帮助这些过程与周围环境的变化相协调。由于现代生活方式的出现,人类——特别是那些经常要倒班或是跨时区飞行的人群——生物钟受到普遍干扰,因此带来的昼夜节律的紊乱与包括肥胖、糖尿病、心血管疾病在内的一系列疾病的发病风险提高相关。肠道菌群的昼夜周期性变化
  

在许多受宿主生物钟调节的生理过程中,肠道菌群都发挥着重要作用。为了探寻宿主昼夜节律与肠道菌群之间的关系,魏茨曼科学研究所的研究者们进行了一系列实验。小鼠被置于12小时亮、12小时暗的“人工昼夜”之中,按照小鼠平时的进食习惯喂养,并在明暗交替的时间点(编者注:在“人工昼夜”中,从黑暗转变到光照的时刻定义为“环境钟”的0点,从光照转变到黑暗的时刻定义为环境钟的12点)以及两段时间的中点(环境钟18点和6点)进行粪便取样。研究发现,小鼠肠道内菌群组成随昼夜变化而变化。在样品里的所有细菌种类中,15%以上的细菌的丰度会呈周期性起伏变化——这些细菌属于梭菌目(Clostridiales)、乳杆菌目(Lactobacillales)以及拟杆菌目(Bacteroidales),而它们占到了肠道细菌总数的约60%。
  
  小鼠粪便菌群在48小时内的成分变化。图片来源:研究论文。
  随后,研究者对粪便样品进行了宏基因组测序,并对基因所属的通路进行了分析,发现表达呈现昼夜周期性变化的基因参与了小鼠的核酸代谢、氨基酸代谢以及胃黏液降解等过程,这意味着肠道菌群的周期性变化不仅表现在组成上,也表现在功能上。有趣的是,这些功能在“白天”和“夜晚”的分布并不相同。例如,涉及能量代谢、DNA修复、细胞生长的过程更多出现在夜间;而解毒、细胞运动性以及对环境的感知等过程则更多出现在白天。
  为了了解肠道菌群组分的昼夜起伏从何而来,研究者们将目光转移到了宿主身上。Period基因(Per)小鼠的核心生物钟基因之一,一旦这些基因不能被表达,小鼠的昼夜节律就会丧失。研究者构建了Per1和Per2双敲除小鼠(Per1/2-/-),并对这种失去了昼夜节律的小鼠的粪便进行检测。结果显示,Per1/2-/-小鼠的肠道菌群几乎完全失去了昼夜周期性变化,肠道菌群丰度只呈现随机的起伏;肠道菌群所涉及的大部分功能几乎不呈现昼夜变化。这说明,肠道菌群在组成和功能上的昼夜周期性变化的形成,依赖于宿主生物钟的正常运作。规律饮食很重要
  动物的摄食受到生物钟的调控。反过来,进食时间在校准外周生物钟方面也起着关键作用。研究者发现,由于正常小鼠是夜间活动的动物,它们倾向于在夜间进食,Per1/2-/-小鼠则不论时候,全天开吃。有鉴于此,研究者们假设,小鼠肠道内菌群的波动可能与摄食模式相关。他们设计了一个定点喂食的实验,将正常小鼠分为两组,分别仅在“白天”或“夜晚”喂食。
  这样喂食2周后,研究者每6小时采集一次小鼠粪便菌群样本,连续采集2天。他们发现,只能在“夜晚”进食的小鼠,肠道菌群的变化与随意进食的正常小鼠的菌群相似,反映出夜行性啮齿类的进食习惯。相比之下,只能在“白天”进食的小鼠,肠道菌群的周期性变化发生了明显的相移,峰值期和低值期几乎都移动了12个小时,并使得某些细菌(如Candidatus Arthromitus )表现出更强的昼夜周期性变化。研究者在Per1/2-/-小鼠进行了相同的实验,发现尽管小鼠的昼夜节律被破坏,但规律的摄食能让小鼠肠道菌群的昼夜周期性变化重新建立起来。这些结果提示,肠道菌群的变化会直接受到摄食时间的影响。
  
  在“夜晚”喂食和在“白天”喂食时,小鼠肠道菌群中特定细菌相对丰度的变化。左图:正常小鼠粪便中的罗伊乳杆菌;中图:正常小鼠粪便中的分节丝状杆菌;右图:Per1/2-/-小鼠粪便内的罗伊乳杆菌。

 

研究者们在小鼠身上模拟人的时差反应,观察肠道菌群所受的影响。小鼠们每3天将遭遇一次“倒时差”——过了3天正常日子后,第4-6天的“白天”会比前三天提前了8小时,从第7天起又恢复前3天的时间。4周以后,小鼠倒出“时差病”,进食不规律,肠道菌群的昼夜周期性变化也被破坏。“倒时差”实验进行到4个月后,即使喂食正常的食物,有“时差反应”的小鼠还是出现了超重和脂肪量增加的情况。将超重小鼠的肠道菌群移植到无菌小鼠中,后者也出现了超重和葡萄糖耐量降低的现象。这些结果进一步表明,与时差反应相关的代谢问题,与肠道菌群的失调有所关联。人类时差反应对肠道菌群的影响

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