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肠道细菌如何指导宿主的饮食

来源：萌宠菠菠乐园时间：2025-02-10 11:42

通过抑制或促进宿主的食欲，微生物帮助宿主大脑决定身体“需要”什么食物

乳酸杆菌的彩色扫描电镜（SEM）照片

来源：Steven Gschmeissner Getty Images

科学家们几十年前就已经知道，我们摄入的食物能改变我们消化道内的微生物平衡。在培根三明治和酸奶奶酪之间选择一种作为午餐能够增加某些类型的细菌并减少其他的类型，而且随着其相对数量的变化，它们能分泌不同的物质，激活不同的基因并吸收不同的营养。

并且，这种食物选择的过程可能是双向的。据报道，肠道微生物也具有影响饮食、行为以及焦虑、抑郁、高血压和各种其他各种病症的能力。但是究竟这些数以万亿记的微小寄生物——统称为微生物（microbiome），是如何影响我们摄入哪些食物的决定呢？这一直是一个谜。

现在神经生物学家们发现，某些特定类型的肠道菌群能帮助宿主动物发现食物中缺少哪些营养物质，然后精确测定宿主需要吃多少这些营养物质。资深作家Carlos Ribeiro在里斯本的Champalimaud研究中心研究一种果蝇（Drosophilamelanogaster）的饮食行为。他说：“细菌对食欲的影响就像是在优化汽车可以运行多长时间，而不需要添加更多的汽油。”

在周二发表于《PLoS Biology》上的一篇论文中，Ribeiro和他的研究团队阐述了微生物群落如何影响果蝇的营养决定。首先，他们用含有所有必需氨基酸的蔗糖溶液喂养一组果蝇，另一组的食物则具有合成蛋白质所需的某些氨基酸，但缺乏寄主不能自身合成的必需氨基酸。对于第三组果蝇，科学家逐一从食物中除去必需的氨基酸，以检测微生物群体能检测到哪些氨基酸。

在喂食72小时后，三组果蝇都可以选择吃富含蛋白质的酵母或是普通的含糖溶液。研究人员发现，饮食中缺乏任何单一必需氨基酸的两组果蝇都更倾向于摄入酵母以弥补缺失的营养物质。但当科学家增加果蝇的消化道中发现的五种不同类型的细菌——植物乳杆菌（Lactobacillusplantarum），短乳杆菌（L. brevis），醋酸醋杆菌（Acetobacterpomorum），肠内共肠杆菌（Commensalibacterintestini ）和粪肠球菌（Enterococcusfaecalis）时，果蝇完全失去了多吃蛋白质的欲望。

研究人员发现果蝇的氨基酸水平仍然很低，表明细菌不是简单地通过自己生产氨基酸来代替果蝇饮食中缺少的营养物质。相反，微生物作为微型的代谢工厂，能将他们所获得的食物转化为新的化学物质——研究人员认为这可能是一种能告诉宿主动物它可以不需要吃这种氨基酸而继续生存的代谢物。这种微生物的小伎俩导致果蝇继续繁殖，然而正常情况下氨基酸缺乏会阻碍细胞生长和再生，进而阻碍繁殖，Ribeiro解释说。

两种细菌能十分有效地用这种方式影响果蝇的食欲：醋酸杆菌和乳酸杆菌。增加这两者足以抑制果蝇的蛋白质需求，并增加食糖的食欲。这两种细菌也恢复了果蝇的生殖能力，表明果蝇的身体正在执行营养不足时通常受到限制的正常功能。 Ribeiro说：“大脑如何处理这种营养信息的权衡是非常有趣的，我们的研究表明，微生物在告诉动物该做什么方面发挥关键作用。

接下来，该团队除去了果蝇中加工酪氨酸所需的酶，使得果蝇必须像获取其他必需氨基酸一样，通过食物获取酪氨酸。令人惊讶的是，他们发现醋酸杆菌和乳酸杆菌不能抑制改造后的果蝇摄取酪氨酸的渴望。 Ribeiro解释说：“这表明，肠道微生物进化得仅测定正常的必需氨基酸摄入量。”

该研究为微生物及其宿主的共同演化提供了新的视角。 “研究结果表明，动物和肠道寄生菌之间共同进化出了一种独特的途径，而且有一个关于饮食的自下而上的沟通方式，” Jane Foster说道，他是安大略省麦克马斯特大学的神经科学家，并未参与该研究。

虽然这项研究没有阐明沟通的确切机制，但Ribeiro认为可以采取各种形式。该研究具有强有力证据证明，微生物来源的代谢物将信息从肠道传递到大脑，告诉宿主是否需要特殊的食物。 “其中一个巨大的进化谜团是为什么我们失去了生产必需氨基酸的能力，”他说，“也许这些代谢产物给动物带来了更多的余地，从而在某些时候即使缺少这些营养物质也能够生存下去。

他补充说，微生物也可能有自己与大脑沟通的进化原因。一方面，它们依赖宿主动物的食物而生存。另一方面，他们需要宿主动物进行社交，这样它们就可以在种群中传播。迄今为止，数据仅限于动物模型，但Ribeiro认为，肠道和大脑之间的交流可为未来人类开发治疗手段提供可能。 “这是一个有趣的治疗窗，可以用来改善与饮食有关的行为，”他说。

翻译：罗思圆

校正：方露

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