如何揭示"可乐伤菌促疾病,喝茶护菌抗肥胖"?
杨恒文 | 热心肠智库专家 2020-02-06
时长:17:40 字幕:刘婧 审校:蓝灿辉
可乐成分复杂,什么会伤菌促进自身免疫性疾病?喝茶可以改善菌群抑制肥胖?
杨恒文
暨南大学生物医学转化研究院副研究员
长期从事免疫及微生物研究,研究成果发表在Nature communications等杂志,共计发表SCI论文21篇,其中一作/通讯作者(含共同)论文10篇,论文被引用200余次。
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图文实录

大家下午好,非常感谢热心肠研究院提供这么好的一个平台,能够与大家一起学习和交流。

我叫杨恒文,来自暨南大学生物医学转化研究院。暨南大学,它不是在山东的济南市,而是在我们中国的吃货之都——广州,所以今天的主题就是吃吃喝喝。

中国有一句俗话叫做“民以食为天”。当然,同时还有另外一句话叫做“病从口入”,如果吃得不正确,吃得不好,那么就容易引发各种各样的疾病。而饮食与疾病的关系呢,即使是不太重视吃的西方人士也非常地关注。

近几年来,新兴起的肠道菌群的研究又为这一方面的研究提供了一个新的窗口,就有了我们接下来几个不得不说的小故事。

我要讲的第一个小故事是可乐伤菌。长期地饮用可乐会容易加重自身免疫性疾病的发生和发展。

为什么做这一个研究呢?其实就是我们刚才提到的,因为西式饮食对健康的影响已经引起了很强大的、很重要的关注,而肠道微生物又很容易引起自身免疫性疾病。

所以,我们选择了西式饮食中的一个代表——就是可乐类的饮料。

然后,我们利用一个模拟自身免疫性、多发性硬化症的EAE小鼠模型,来研究可乐类的饮料对自身免疫性疾病的影响。

如果可乐饮料能够引起EAE的加重,它会是通过什么呢?

可乐里头的成分无非就是咖啡因、糖、盐以及碳酸,当然还有它所谓的保密成分,这个我们就没办法去研究了。那么它最后又是通过什么机制发挥作用呢?是不是通过肠道微生物?这自然也是我们关注的重点。

我们采用了EAE模型。

大家看到这张表上,它的纵轴就表示了小鼠动物模型的EAE评分,评分越高就表示它的疾病越严重。每一条曲线表示的是饮用了不同的饮料或者是水的小鼠的评分曲线。

通过这张图,我们可以看出来,在喝了无咖啡因的可乐的小鼠里头,它的EAE症状是最为严重的,而其它的可乐饮料和水却没有太大的区别。

那么这里头到底是什么成分在起作用呢,是它的未知成分呢,还是它的糖,还是CO2?以及为什么有咖啡因的跟无咖啡因会有那么大差别,是不是咖啡因起到保护作用?

我们接下来就把这些成分进行了分析。

首先去掉了CO2以后,来排除CO2的作用,一看,结果还是一样的;另外,它的糖和盐是没有作用的;而它的酸性,我们把水调到PH=3的时候依然是没有影响;仅仅是糖起到的作用。

这些结果显示,可乐中的糖可能是引起自身免疫性疾病加重的重要因素。

而咖啡因是否起到保护作用?

我们把咖啡因加入到水里头给老鼠喝,它的EAE症状减轻了;而无咖啡因的可乐补充了咖啡因以后,就跟有咖啡因的可乐其实是一样的效果了。

当然,之前也有研究表明,咖啡因是能够减轻EAE的症状。

大家提出了可能的一个因素,就是咖啡因能够通过T细胞上的咖啡因受体来抑制这些促炎性T细胞侵入到病灶。

而这些促炎性T细胞主要的就是Th17细胞,所以我们看看糖到底是不是通过加剧了Th17细胞的活化来导致EAE的加重。

我们检测了喝了无咖啡因可乐老鼠病灶的Th17细胞,发现确实喝了无咖啡因可乐的小鼠的病灶Th17细胞是增加的;而喝了含咖啡因可乐的小鼠病灶Th17细胞是没有增加。

但是在外周就不一样了,不管是喝了有咖啡因的还是无咖啡因的可乐的小鼠,它的Th17细胞都是激活的。

而对这个疾病相关的另外一个负调的T细胞Treg——就是调节性T细胞,并没有显著的差别。

这一结果进一步证明了是糖通过激活了Th17细胞来加剧了EAE的症状;而咖啡因则通过抑制Th17细胞对病灶的侵入起到保护作用。

那么糖又是如何激活T细胞的呢?

大家都知道,我们机体有一个很好的血糖调节机制,吃进去的糖并不会马上导致机体细胞环境的糖成分提高。是糖直接作用吗?其实作用在我们肠道里头的肠道微生物就成了很大的嫌疑。

我们接下来就首先研究一下肠道微生物是不是在其中起到作用。

我们把这些喝了各种不同可乐的小鼠的粪便拿出来,通过了16S的测序和分析。

结果发现,这些喝含糖的可乐的小鼠,不管是百事还是可口可乐,是有咖啡因的还是无咖啡因的,它们的肠道菌群都向着一个方向去改变;而那些无糖的可乐,就是喝代糖可乐的小鼠呢,它们的菌群则是朝着另外一个方向去改变。

所以,结果可见,可乐里头的糖是引起自身免疫性疾病的一个重要因素。

而当我们把喝可乐的小鼠里头的肠道微生物用复合抗生素清除掉了以后,那么它不管喝什么可乐,都不会引起EAE症状的加重。

同时呢,当我们把这些喝了可乐的小鼠的粪便,通过粪菌移植的手段移植到用抗生素清除了粪菌的普通小鼠的肠道里头,这时候,不管是喝有咖啡因的可乐,还是无咖啡因的可乐,其粪便在移植以后,都能引起受体小鼠的EAE加剧。

这进一步地证明了可乐里的糖是通过改变肠道微生物的结构来加剧了自身免疫性疾病。

而这些接受粪菌移植的小鼠的Th17也是增加了,这进一步证明了这些小鼠的菌群是通过诱导Th17的激活来发挥作用。

那么高糖饮食引起的肠道微生物改变是如何激活Th17呢?

有文献报道,ATP的增加能够引起Th17的增加,而高糖会导致菌群释放更多的ATP。

所以我们就检测了这些喝了可乐的小鼠粪菌里头的ATP含量,结果发现,粪便中的ATP确实增加了。

而再给小鼠饲喂了ATP的抑制剂或者是ATP受体的抑制剂以后,这个加剧EAE症状的情况就消失了。

这些结果小结起来就是,西式饮食中的可乐所含的高糖成分能够改变肠道微生物的结构,从而引起肠道中的ATP增加,进一步激活Th17;而这些肠道外周的Th17可以迁移到机体的远端,引起自身免疫性疾病的加重。

那么可乐既然不好,大家最好就别喝。不喝可乐,我们喝啥呢?

很幸运的是,我们老祖宗给我们留下了很好的饮料——那就是茶叶。在我们这个课题启动的时候呢,那时候还真没有任何一篇文献报道茶叶对肠道菌群的改变。

所以我们就构建了小鼠的肥胖模型,想通过给小鼠喝了茶以后,看看它的肠道菌群发生了什么改变。

但是很遗憾的是,我们这个实验进行到一半的时候,国内福州大学的一支同行团队就已经把这个结果做出来,抢在我们前面了。

正好这个时候Nature《自然》上有了一篇文章——就是肥胖的小鼠,在胖过之后,它的菌群结构发生了改变,即使这时候给它进行节食减肥了以后,再给它吃高脂,它也很快地会回弹。

所以我们就想看看茶叶能否对于这一个减肥的过程中的反弹作用起到保护作用。

所以我们设计了这么一组复杂的实验,就是给小鼠先吃胖了,然后在减肥的过程中给它喝绿茶,然后再重新给它喂高脂,看它对反弹是否有影响。

另外,作为对照的就是持续地吃高脂,看喝茶有没有作用;如果是没有肥胖过的小鼠,喝茶是否会有什么效果呢?

所以,我们这个实验就为了看看不同肥胖状态下的小鼠喝茶的收益是否一样。

结果出乎我们的意料,这些肥胖的小鼠喝了茶,并没有使它的肠道菌群得到改善来抑制它的体重反弹。

但同时也有一个惊喜,那就是没有胖过的小鼠,它在喝了一段茶以后,即使是把喝茶停掉了,这时候给它吃高脂,也能有效地减缓它的肥胖进度。

所以大家如果是在小时候或没胖的时候就已经养成喝茶习惯,喝过茶了,或许你们不用担心,即使你们停了一段时间不喝茶,而且这时候又正好赶上你们喜欢放开肚皮吃的时候,这些茶叶或许已经给了你一个长效的保护作用。

当然,对于胖子再减肥,这就不是一个好消息了,因为如果想通过茶叶来帮助减肥,它的帮助效果并没有很明显。

但是如果你改变不了饮食习惯,你已经胖了,当你继续吃高脂的时候请你坚持喝茶,这还是能给你带来一些好处的,虽然不能让你减肥,但能够减缓你肥胖的速度。

那么为了分析到底是不是肠道菌群在这个过程中起作用,我们对这个喝茶的过程中不同的时间节点,当食物和饮料做切换的时候,我们就收集小鼠的粪便样本,并进行了16S rDNA的测序分析。

结果发现,菌群对于肥胖的过程中确实起了非常重要的作用。

高脂饮食引起的肥胖和不肥胖的小鼠区分就很明显,PC1这个轴上,两个方框之间的差别是很大的;而喝茶和不喝茶的小组呢,则在PC2的这个纵轴上,它们产生了明显的分离。

而这个分离的改变在门水平上的分辨就是很符合菌群对肥胖的影响,那就是改变了F/B变化的速度。

大家看这个图I,当没胖过的小鼠如果提前给它喝了茶再吃高脂。

没喝茶的小鼠持续吃高脂。没喝茶的小鼠会很快地肥胖就很严重了,而F/B的变化呢,F/B加大得很厉害;但是喝了茶的就没有这个现象。

所以可见,通过改变肠道菌群的结构,喝茶可以提供了这么一个长效的保护机制。

当然我们还对一些菌株进行了动态的分析,试图找出其中至关重要的细菌。

我们也发现了其中的一个叫罗伊氏乳杆菌的一个菌株,这个是我们很常见的一个益生菌菌株,但是在肥胖的患者中,它好像就扮演的不是一个那么好的角色,随着吃高脂和肥胖的进程,罗伊氏乳杆菌是增加的。

上图中的每一个颜色表示的是一组饮食的小鼠,它们随着饮食的改变和时间点的切换,菌株的丰度的变化。

在喝茶的时候,则充分地抑制了这个菌株的生长。对于尤其是还没胖起来的小鼠,它先喝了茶,那么对后续吃高脂而引起罗伊氏乳杆菌的增加起到非常明显的抑制作用。

当然这个现象能够解释喝茶是怎样抑制肥胖,但似乎并不能够解释为什么喝茶对减肥没有效果,因为减肥组的小鼠其罗伊氏乳杆菌也是同样的现象。

我们又对很多菌株进行了分析,依然没有找到相应的目标。

我们希望如果有更强的分析实力的团队能够对这个课题感兴趣的话,可以继续深入地去研究。

小结一下就是,我们这个工作发现了对于喂胖的小鼠来说,在它没胖之前,喝茶能够有效地改善它的肠道菌群,而这个改善完的肠道菌群能够抵御高脂诱导的肠道菌群改变,从而起到了长效的保护作用。

如果是已经胖起来的小鼠,你给它喝茶,虽然对肠道菌群有一定的改变,但是它却起不到了相应的保护作用。

而对于持续吃高脂的这些小鼠呢,只有持续地喝茶能够延缓它的肥胖的增长速度。

我们的饮食既有对身体有好处的地方,也有对身体不好的地方,那么是否每个人都可以吃相同的东西呢?

其实我们大家都知道,我们的菌群除了跟饮食相关以外,还跟你自己宿主的基因、自己的出生地点以及自己的生活环境有很大的联系。

在谈起菌群的时候,我们很有幸跟一个糖化学家——乔治亚大学的王鹏教授交流。

在聊起肠道微生物的时候,他告诉我们,肠道这些细菌表面有很多的多糖结构,与血型抗原的组成是高度相似的。所以他认为ABO不同血型的人,里面的细菌肯定会有不一样。

而且我们在很多前期的研究中已经发现,不同血型的人对不同的疾病其实是有一定的不同的敏感性。那么这些敏感性会不会是因为菌群引起的呢?

所以说干就干,我们募集了一百多个不同血型的大学生,从他们身上收取了粪便样本来进行菌群分析。

但是很遗憾的是,在整体的菌群结构上,不同血型的人,他们的菌群结构并没有显著的差异。

当然我们并不死心,因为既然研究血型,血型里头的抗体必然是起到很重要的作用。

对于抗体与抗原的相互结合,我们就引入了流式细胞仪这一个强大的抗原抗体结合分析的工具,我们用血型抗体对这些细菌进行标记。

然后通过流式分析,结果发现,在有一部分A型血的人中,他的肠道微生物带有A抗原,但是却没有任何一个A型血的人他的肠道微生物带有B抗原。

反过来也一样,B型血的人有一部分人的肠菌带有B抗原,却没有一个人的肠菌带A抗原;而AB型血的人呢,他的肠菌既可以带有A抗原,也可以带有B抗原。

总结一下,肠道微生物带A抗原的人群大概占到A型血人的20%,而肠道微生物带B抗原的人群大概占到B型血人的10%,带AB抗原的人大概占到AB型血人的16%,而O型血的人则一点都没有。

我们把带有不同抗原的细菌成分通过流式分选,然后再进行测序,这时候它们的差距就出来了,尤其是革兰氏阴性和革兰氏阳性菌之间的区分有很显著的差异。

这些现象、这个结果也许就可以部分地解释为什么不同血型的人的菌群不一样,对一些菌群相关的疾病的敏感性也是不一样的。

那么为什么会引起这些菌群表面抗原的不一样呢?

大家都知道A型血的人在出生以后,他的血液里慢慢就会有了抗B的抗体,而B型血的人反过来,他会有抗A的抗体。

在A型血人的肚子里头,它很有可能B抗原的菌就被抗体清除掉了,而最后在成年后就留下来了带A抗原的细菌。

那么这个研究会有什么生理意义呢?

其实我们的目标很简单,我们希望能够做一个不同血型人的专用的益生菌,也提交了发明专利的申请,当然很遗憾,这个专利最后被毙掉了。

那么通过这几个研究呢,我们有什么目的呢?

我们是希望能够吃出健康,能够把我们日常的饮食中对健康有益的挖掘出来,对健康有害的排除掉。当然更进一步的是能够吃出个性,我们根据每个人的机体不同,吃对你身体有好处的食物。

实际上,所谓的对健康有利,对健康有害,甚至包括喝可乐,也不能绝对说它对健康有害,它虽然促进了Th17的激活,这个对于自身免疫性疾病是有害的,如果你有自身免疫性疾病倾向,那最好避免喝可乐。

但是我们传统的中医里头又有一个感冒了喝点姜糖水,那么是不是跟这个也有关呢?喝完姜糖水激活了免疫系统,使它更好地对抗病毒的感染。

所以呢,现在社会上很流行的一个可乐煮姜,或许也是我们治疗感冒的一个好方法,我们必须吃出个性,根据你的需求来吃相应的食物。

还有我们传统的中药里头其实有很多非常珍贵的宝库,很多效果我们没法解释,也许我们可以通过肠道微生物的研究来对这些效果进行挖掘。

希望我们最后能够挖掘出一些新的食品配方,能够让大家受益。在吃吃喝喝的过程中也许不小心就实现了一个小目标。

最后感谢我们这个研究背后默默地做出了大量贡献的合作导师以及我们团队的成员。

再次感谢大家的聆听!谢谢!

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