8 小時限時飲食,可改善高脂飲食導致的肥胖和代謝問題!腸道菌群發揮了關鍵作用

導讀

限制時間飲食(Time-restricted feeding, TRF),即將進食時間限制在特定時間段內,是近年來較受關注的一種飲食模式。在多種模式生物以及人類中的研究中均發現,限制時間飲食是一種延緩衰老並促進長壽的干預策略,對代謝健康也有許多好處。

腸道菌群在許多生理過程中起著至關重要的作用,如消化、營養吸收、維生素合成、免疫系統發育等。目前,大多數腸道菌群的研究集中在大腸或糞便。然而,腸道的其他區域在宿主代謝穩態中同樣發揮著十分重要的作用。特別是迴腸,腸促胰島素和膽汁酸信號的中樞,有著強大的消化和吸收功能,其菌群組成也是獨特的,但很少有研究強調回腸微生物群的重要性及其對宿主代謝健康的影響。

2022 年 7 月 5 日,來自加利福尼亞大學等單位的科學家在Cell Reports發表了題為Diet and feeding pattern modulate diurnal dynamics of the ileal microbiome and transcriptome的研究長文,該團隊系統分析了在正常飲食、高脂飲食、限制時間的高脂飲食條件下回腸菌群的組成和轉錄組的動態改變,以確定高脂飲食和進食時間對迴腸菌群種類及晝夜節律的影響

研究發現,迴腸微生物組成和轉錄組具有動態節律,而高脂飲食會極大地干擾這種晝夜節律振盪。限制時間飲食部分恢復了迴腸微生物組和轉錄組的晝夜節律,增加 GLP-1 的釋放,並改變回腸膽汁酸池和法尼酯 X 受體(Farnesoid X Receptor, FXR)信號。這些發現為限制時間飲食發揮代謝益處提供了理論支持。

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圖片來源:Cell Reports

主要研究內容

HFD 和 TRF 對迴腸微生物組成和晝夜節律的影響

為了研究高脂飲食(HFD)和限制時間飲食(TRF)對宿主迴腸循環活動的影響,他們將小鼠分為三組:限時高脂飲食組(FT)、自由高脂飲食組(FA)和正常飲食組(NA)。餵養 8 周後,研究人員在 24 小時內每 4 h 收集全迴腸樣本,以研究腸腔和粘附細菌的日間動態。儘管攝入的食物熱量相同,TRF 仍能改善與高脂飲食誘導的體重和血糖水平

經過對宿主樣本進行 16S 擴增子測序,發現迴腸菌群的組成可因飼餵方式不同而不同,高脂飲食可顯著降低迴腸菌群的 a-多樣性和 β-多樣性。限時高脂飲食組和自由高脂飲食組小鼠的微生物組組成差異較小,且飲食對微生物組組成的影響比餵養方式更大。

因為微生物晝夜節律和代謝節律的維持與 TRF 對代謝功能的益處有關,他們接下來研究了不同飼餵條件下回腸菌群的晝夜節律。與 NA 小鼠相比,FA 小鼠中保持節律震盪的微生物豐富度不到 NA 小鼠的一半。而同樣高脂飲食但限制進食時間的小鼠則表現出了與對照組小鼠類似水平的週期性波動

圖片來源:Cell Reports

為了表徵迴腸微生物群的週期性振盪,並確定它們在宿主代謝中的重要性,他們研究了迴腸微生物群在不同飼餵和取食條件下隨時間變化的相對丰度,發現飲食方式會在 24 小時內影響細菌類群的組成和豐度的波動。

其中,厚壁菌門在所有條件下都是優勢門,而在屬水平上,乳酸菌在所有實驗組中均被發現,但只有在高脂餵養條件下小鼠活動時期(黑暗期)的乳酸菌丰度大大降低。另外,在黑暗期開始時,正常飲食組和限時高脂飲食組小鼠的葡萄球菌中均出現一個急速上升,而自由高脂飲食組小鼠則沒有這個上升趨勢

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圖片來源:Cell Reports

宿主節律基因影響迴腸菌群組成和晝夜節律

為了測試生物鐘相關基因對菌群動力學是否重要,研究人員使用了 Cry1;Cry2 雙敲除小鼠(CDKO)。由於 HFD 會破壞晝夜節律基因的表達,他們使用正常飲食組的小鼠模型(NA)進行腸道菌群的日間動態研究。結果發現,CDKO-NA 小鼠的進食模式被打亂,而且迴腸中的微生物節律完全消失。這些結果表明,宿主分子生物鐘與菌群迴腸動力學有關,干擾宿主生物鐘可能通過干擾進食模式擾亂迴腸菌群的晝夜節律

圖片來源:Cell Reports

TRF 維持迴腸轉錄組的晝夜節律

隨後,迴腸轉錄組測序分析結果表明,高脂飲食同樣擾亂了小鼠的節律,而值得注意的是,限時高脂飲食組小鼠中部分維持了這些轉錄本的特徵

基於正常飲食組和限時高脂飲食組小鼠之間共同基因的富集分析表明其與磷脂代謝、自噬和晝夜節律相關。對高脂飲食組和限時高脂飲食組中的差異基因進行分析,發現高脂飼養條件下高表達的基因主要是由參與消化、代謝和防禦反應的基因組成。比如,參與對細菌免疫反應的基因在自由高脂飲食組的表達水平下降,而限時高脂飲食組則維持高表達水平抵禦能力,這顯示了攝食模式如何對宿主迴腸基因表達產生深遠影響。同在 HFD 條件下,高脂飲食組和限時高脂飲食組的迴腸轉錄組在整個晝夜節律中表現出不同的模式

這些結果表明,通過限制高脂飲食的飲食時間誘導的轉錄變化與僅通過飲食改變觀察到的現象有本質區別。

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圖片來源:Cell Reports

TRF 改變了 GLP-1 和膽汁酸信號轉導

研究發現,TRF 可以改善 HFD 小鼠的胰島素敏感性和肥胖。因此,研究人員接著探索了時間限制飲食這種餵養模式如何在保持迴腸菌群節律的情況下影響腸道代謝信號通路,並重點關注了與GLP-1(一種主要的血糖調節迴腸激素)和成纖維細胞生長因子15(Fgf-15)相關的通路。

他們發現,GLP-1 和膽汁酸信號通路在高脂飲食下被破壞,但可在 TRF 飲食模式下逆轉。在自由高脂飲食時,Gcg 和 Dpp4 失去晝夜節律,並且表達水平下降。然而,TRF 維持了兩者的晝夜動態,並導致參與 GLP-1 信號轉導的額外轉運蛋白的基因表達發生變化。此外,膽汁酸池、轉運、再吸收和信號傳導也在自由高脂飲食組中受到損傷,但仍可由 TRF 逆轉。

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圖片來源:Cell Reports

結語

該研究通過探究不同的飲食模式下回腸菌群組成及晝夜節律,揭示了高脂飲食對迴腸微生物組成和晝夜節律振盪的破壞,而限時飲食可維持迴腸菌群的晝夜節律,通過調節腸道時鐘來緩解高脂飲食帶來的不良影響。此外,該研究還確定了一些潛在的功能途徑,如增加 GLP-1 的釋放,並改變回腸膽汁酸池和法尼酯 X 受體(Farnesoid X Receptor, FXR)信號,可用於解釋 TRF 帶來的一些代謝益處。

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圖片來源:Cell Reports

漢堡、薯條、甜品,這些我們常吃的「美食」,卻往往含有不少的脂肪。高脂飲食的危害不勝列舉,小到影響體態,大到與多種健康問題息息相關。這篇文章正是又一次向我們揭示了高脂飲食的危害——破壞迴腸微生物種類及晝夜節律,並引起肥胖和代謝問題。

限時飲食作為一種減肥、抗衰老方式,近年在大眾中傳播開來。隨著科學研究的探索,限時飲食的許多健康益處被發現,其背後的作用機制也在被逐漸揭開。該研究結果表明,將進食時間控制在 8 小時內,可維持高脂飲食下回腸菌群的晝夜節律,並緩解高脂飲食帶來的不良影響。

大半夜還在吃著泡麵、漢堡的朋友們,你們聽到腸道菌群的呼喊了嗎?

題圖來源:站酷海洛

參考文獻:

1. Dantas Machado et al., Diet and feeding pattern modulate diurnal dynamics of the ileal microbiome and transcriptome, Cell Reports (2022).

2. Choi, H., Rao, M.C., and Chang, E.B. (2021). Gut microbiota as a transducer of dietary cues to regulate host circadian rhythms and metabolism. Nat. Rev. Gastroenterol. Hepatol. 18, 679–689.

3. Manella, G., et al. (2021). The liver-clock coordinates rhythmicity of peripheral tissues in response to feeding. Nat. Metab. 3, 829–842.

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