在上周之前，恐怕不會有人想到極低卡路里飲食（VLCD）竟會導致有害腸道微生物艱難梭菌的富集。

更出人意料的還在后頭：極低卡路里飲食能減肥的關鍵原因之一，竟然可能是艱難梭菌產(chǎn)生的毒素。

你沒看錯，這就是上周德國柏林大學附屬夏里特醫(yī)院Joachim Spranger和加州大學舊金山分校Peter J. Turnbaugh領銜的研究團隊，在頂級期刊《自然》雜志上發(fā)表的重磅研究成果[1]。

總的來說，這個研究讓我們對極低卡路里飲食有了新的認知。這也是科學家首次在人體中證實極低卡路里飲食會改變腸道微生物的組成。

論文首頁截圖

我們都知道，在人體的腸道中生活著不計其數(shù)的微生物，而且不同人的腸道微生物也不盡相同。另外，已經(jīng)有大量的研究表明，腸道微生物與肥胖等多種疾病之間存在相關性。

每日只攝入800kcal熱量的極低卡路里飲食是一種極端的減重手段，在特定需求中，例如病態(tài)肥胖癥或減肥手術前，患者會在醫(yī)學監(jiān)督下進行極低卡路里飲食，以達到快速減肥的目的[2,3]。

已有研究表明，在極低卡路里飲食誘導的降低體重過程中，腸道微生物組成發(fā)生了改變[4,5] 。然而，這種變化對于機體健康的影響、與體重降低有何相關性，都尚未明確。

為了解決上述問題，Joachim Spranger和Peter J. Turnbaugh帶領研究團隊進行了一項隨機干預人類飲食的試驗。

研究者們選取80名絕經(jīng)且超重或肥胖的婦女，隨機分到干預組和控制組，兩組基線特征相似。干預組的飲食計劃為8周極低卡路里飲食、4周常規(guī)低熱量飲食（CONVD）、4周體重維持（MAINT）。而控制組的飲食計劃為12周常規(guī)低熱量飲食、4周體重維持。

在為期16周的試驗結束之后，研究人員發(fā)現(xiàn)，在12周時，干預組參與者的體重較基線相比平均減少了12.5公斤（13.6%）；而控制組參與者的體重較基線基本保持一致。

總的來看，這個結果再次證實了極低卡路里飲食具有降低體重的效果。

干預組的體重從極低卡路里飲食階段開始較基線水平降低，而控制組始終與基線基本保持一致。

 以往的研究結果表明，極低卡路里飲食期間的長期熱量限制可能會對腸道微生物產(chǎn)生影響[6]。在本研究中，研究人員也觀察到了類似的結果。具體表現(xiàn)為，極低卡路里飲食顯著降低了腸道微生物的定植水平。

既然如此，那么極低卡路里飲食究竟給腸道微生物帶來了哪些變化呢？

為了搞清楚這個問題，研究人員對70名干預組參與者的207個糞便樣本進行了16S核糖體RNA測序，并對29名干預組參與者和18名控制組參與者的糞便樣品進行了宏基因組分析。

結果顯示，極低卡路里飲食促進了以宿主聚糖為食的細菌擴張；但從總體上來看，腸道微生物豐度以及短鏈脂肪酸和支鏈脂肪酸的濃度下降。不過，這些改變是可逆的，在常規(guī)低熱量飲食時期會恢復到極低卡路里飲食前的水平。

既然極低卡路里飲食誘導的體重減輕與腸道微生物群結構的變化有關，那么腸道菌群的變化究竟是極低卡路里飲食誘導減重的原因還是結果呢？

為了回答這個問題，研究人員從干預組中選擇了5名在3個月的極低卡路里飲食后體重減輕最多的參與者（他們減去的體重平均比其他參與者減去的多55.6%），并收集了這5名參與者在飲食干預前（pre-diet）和飲食干預12周后（post-diet）的糞便樣品，隨后將樣品移植到無菌(GF)成年雄性C57BL/6J小鼠體內，將小鼠單獨喂養(yǎng)。

共三組小鼠：無菌組（灰色）、飲食干預前定植組（藍色）、飲食干預后定植組（紅色）。

結果顯示，在定植的第2天時，飲食干預后定植組小鼠的體重較基線相比平均減少了12.4%，并在后續(xù)的21天內都沒有恢復到基線水平；飲食干預前定植組與無菌組小鼠的體重變化基本相同。

與無菌組和飲食干預前定植組小鼠相比，飲食干預后定植組小鼠的體重顯著下降。

研究人員進一步對小鼠糞便進行了16S rRNA測序，發(fā)現(xiàn)兩組小鼠之間的微生物結構存在穩(wěn)定差異，更重要的是小鼠體內的腸道微生物結構與參與者飲食干預前后的腸道微生物保持一致。

這些實驗結果表明，極低卡路里飲食引起的腸道菌群變化確實是導致參與者體重下降的原因。

那么究竟是哪種腸道微生物直接導致了體重的下降呢？研究人員通過多種手段對比分析發(fā)現(xiàn)，起到減肥作用的竟然有可能是條件致病菌——艱難梭菌。

終末PCR、酶聯(lián)免疫吸附試驗及選擇性差異培養(yǎng)結果表明，在死亡時，飲食干預后定植組小鼠的腸道內會產(chǎn)生活性毒素。

說起艱難梭菌，我想很多人都不陌生。它是抗生素相關性腹瀉和結腸炎患者體內最常見的腸道病原體，占所有抗生素相關性腹瀉病例和幾乎所有抗生素相關性偽膜性結腸炎病例的10%-25%[7]。

研究人員隨后從飲食干預組小鼠的糞便中分離出了一株艱難梭菌——JBZPo1。深入分析發(fā)現(xiàn)，這個JBZPo1能合成毒素TcdA和TcdB，不能合成高致病性艱難梭菌相關的二元毒素[8-10]。這也解釋了為啥富集的艱難梭菌沒有導致腸炎的癥狀。

為了確認艱難梭菌產(chǎn)生的毒素與體重下降之間的關系，研究人員進一步用艱難梭菌63018的毒缺陷突變體確定，小鼠體重減輕是由毒素依賴的方式引起的。

無論是人源化小鼠還是無菌小鼠，一旦表達毒素TcdA和TcdB便可呈現(xiàn)出體重下降。

在之前的研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，膽汁酸對艱難梭菌的生長具有抑制作用[11,12]。經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)，在極低卡路里飲食和常規(guī)低熱量飲食時期，小鼠膽汁酸的量減少。進一步說明了極低卡路里飲食為什么會導致艱難梭菌水平升高。

綜上所述，極低卡路里飲食能夠通過改變腸道微生物的機構降低體重，而且這種減重與致病菌艱難梭菌水平增加和毒素的產(chǎn)生有關。不過，極低卡路里飲食導致的人類腸道微生物群結構的這種變化是可逆的。

總的來說，這個研究告訴我們極低卡路里飲食帶來的減肥效果，可能是以腸道中有害的艱難梭菌及其毒素增加為代價的。因此，想通過極低卡路里飲食減肥的朋友們，真的需要三思了。

參考文獻：

[1] von Schwartzenberg RJ, Bisanz JE, Lyalina S, Spanogiannopoulos P, Ang QY, Cai J, Dickmann S, Friedrich M, Liu SY, Collins SL, Ingebrigtsen D, Miller S, Turnbaugh JA, Patterson AD, Pollard KS, Mai K, Spranger J, Turnbaugh PJ. Caloric restriction disrupts the microbiota and colonization resistance. Nature. 2021 Jun 23. doi: 10.1038/s41586-021-03663-4. Epub ahead of print. PMID: 34163067.

[2] Thorell, A; MacCormick, AD; Awad, S; Reynolds, N; Roulin, D; Demartines, N; Vignaud, M; Alvarez, A; Singh, PM; Lobo, DN (September 2016). 'Guidelines for Perioperative Care in Bariatric Surgery: Enhanced Recovery After Surgery (ERAS) Society Recommendations'. World Journal of Surgery (Professional society guidelines). 40 (9): 2065–83.

[3] Holderbaum, M; Casagrande, DS; Sussenbach, S; Buss, C (February 2018). 'Effects of very low calorie diets on liver size and weight loss in the preoperative period of bariatric surgery: a systematic review'. Surgery for Obesity and Related Diseases (Systematic review). 14 (2): 237–244.

[4]Louis, S., Tappu, R. M., Damms-Machado, A., Huson, D. H. & Bischoff, S. C.Characterization of the gut microbial community of obese patients following a weight-loss intervention using whole metagenome shotgun sequencing. PLoS ONE 11, e0149564 (2016).

[5]Heinsen, F.-A. et al. Beneficial effects of a dietary weight loss intervention on human gut microbiome diversity and metabolism are not sustained during weight maintenance. Obes. Facts 9, 379–391 (2016).

[6] Kohl, K. D., Amaya, J., Passement, C. A., Dearing, M. D. & McCue, M. D. Unique and shared

responses of the gut microbiota to prolonged fasting: a comparative study across five

classes of vertebrate hosts. FEMS Microbiol. Ecol. 90, 883–894 (2014).

[8] John G. Bartlett, Clostridium difficile: History of Its Role as an Enteric Pathogen and the Current State of Knowledge About the Organism, Clinical Infectious Diseases, Volume 18, Issue Supplement_4, May 1994, Pages S265–S272,

[9] Kuehne, S., Cartman, S., Heap, J. et al. The role of toxin A and toxin B in Clostridium difficile infection. Nature 467, 711–713 (2010).

[10] Smits, W., Lyras, D., Lacy, D. et al. Clostridium difficile infection. Nat Rev Dis Primers 2, 16020 (2016).

[11] Hunt JJ, Ballard JD. Variations in virulence and molecular biology among emerging strains of Clostridium difficile. Microbiol Mol Biol Rev. 2013 Dec;77(4):567-81.

[12] Buffie, C. G. et al. Precision microbiome reconstitution restores bile acid mediated

resistance to Clostridium difficile. Nature 517, 205–208 (2015).

[13] Sorg, J. A. & Sonenshein, A. L. Bile salts and glycine as cogerminants for Clostridium

difficile spores. J. Bacteriol. 190, 2505–2512 (2008).

本文作者 | 張艾迪