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在上周之前，恐怕不会有人想到极低卡路里饮食（VLCD）竟会导致有害肠道微生物艰难梭菌的富集。
更出人意料的还在后头：极低卡路里饮食能减肥的关键原因之一，竟然可能是艰难梭菌产生的毒素。
你没看错，这就是上周德国柏林大学附属夏里特医院Joachim Spranger和加州大学旧金山分校Peter J. Turnbaugh领衔的研究团队，在顶级期刊《自然》杂志上发表的重磅研究成果[1]。
总的来说，这个研究让我们对极低卡路里饮食有了新的认知。这也是科学家首次在人体中证实极低卡路里饮食会改变肠道微生物的组成。
论文首页截图
我们都知道，在人体的肠道中生活着不计其数的微生物，而且不同人的肠道微生物也不尽相同。另外，已经有大量的研究表明，肠道微生物与肥胖等多种疾病之间存在相关性。
每日只摄入800kcal热量的极低卡路里饮食是一种极端的减重手段，在特定需求中，例如病态肥胖症或减肥手术前，患者会在医学监督下进行极低卡路里饮食，以达到快速减肥的目的[2,3]。
已有研究表明，在极低卡路里饮食诱导的降低体重过程中，肠道微生物组成发生了改变[4,5] 。然而，这种变化对于机体健康的影响、与体重降低有何相关性，都尚未明确。
为了解决上述问题，Joachim Spranger和Peter J. Turnbaugh带领研究团队进行了一项随机干预人类饮食的试验。
研究者们选取80名绝经且超重或肥胖的妇女，随机分到干预组和控制组，两组基线特征相似。干预组的饮食计划为8周极低卡路里饮食、4周常规低热量饮食（CONVD）、4周体重维持（MAINT）。而控制组的饮食计划为12周常规低热量饮食、4周体重维持。
在为期16周的试验结束之后，研究人员发现，在12周时，干预组参与者的体重较基线相比平均减少了12.5公斤（13.6%）；而控制组参与者的体重较基线基本保持一致。
总的来看，这个结果再次证实了极低卡路里饮食具有降低体重的效果。
干预组的体重从极低卡路里饮食阶段开始较基线水平降低，而控制组始终与基线基本保持一致。
以往的研究结果表明，极低卡路里饮食期间的长期热量限制可能会对肠道微生物产生影响[6]。在本研究中，研究人员也观察到了类似的结果。具体表现为，极低卡路里饮食显著降低了肠道微生物的定植水平。
既然如此，那么极低卡路里饮食究竟给肠道微生物带来了哪些变化呢？
为了搞清楚这个问题，研究人员对70名干预组参与者的207个粪便样本进行了16S核糖体RNA测序，并对29名干预组参与者和18名控制组参与者的粪便样品进行了宏基因组分析。
结果显示，极低卡路里饮食促进了以宿主聚糖为食的细菌扩张；但从总体上来看，肠道微生物丰度以及短链脂肪酸和支链脂肪酸的浓度下降。不过，这些改变是可逆的，在常规低热量饮食时期会恢复到极低卡路里饮食前的水平。
既然极低卡路里饮食诱导的体重减轻与肠道微生物群结构的变化有关，那么肠道菌群的变化究竟是极低卡路里饮食诱导减重的原因还是结果呢？
为了回答这个问题，研究人员从干预组中选择了5名在3个月的极低卡路里饮食后体重减轻最多的参与者（他们减去的体重平均比其他参与者减去的多55.6%），并收集了这5名参与者在饮食干预前（pre-diet）和饮食干预12周后（post-diet）的粪便样品，随后将样品移植到无菌(GF)成年雄性C57BL/6J小鼠体内，将小鼠单独喂养。
共三组小鼠：无菌组（灰色）、饮食干预前定植组（蓝色）、饮食干预后定植组（红色）。
结果显示，在定植的第2天时，饮食干预后定植组小鼠的体重较基线相比平均减少了12.4%，并在后续的21天内都没有恢复到基线水平；饮食干预前定植组与无菌组小鼠的体重变化基本相同。
与无菌组和饮食干预前定植组小鼠相比，饮食干预后定植组小鼠的体重显著下降。
研究人员进一步对小鼠粪便进行了16S rRNA测序，发现两组小鼠之间的微生物结构存在稳定差异，更重要的是小鼠体内的肠道微生物结构与参与者饮食干预前后的肠道微生物保持一致。
这些实验结果表明，极低卡路里饮食引起的肠道菌群变化确实是导致参与者体重下降的原因。
那么究竟是哪种肠道微生物直接导致了体重的下降呢？研究人员通过多种手段对比分析发现，起到减肥作用的竟然有可能是条件致病菌——艰难梭菌。
终末PCR、酶联免疫吸附试验及选择性差异培养结果表明，在死亡时，饮食干预后定植组小鼠的肠道内会产生活性毒素。
说起艰难梭菌，我想很多人都不陌生。它是抗生素相关性腹泻和结肠炎患者体内最常见的肠道病原体，占所有抗生素相关性腹泻病例和几乎所有抗生素相关性伪膜性结肠炎病例的10%-25%[7]。
研究人员随后从饮食干预组小鼠的粪便中分离出了一株艰难梭菌——JBZPo1。深入分析发现，这个JBZPo1能合成毒素TcdA和TcdB，不能合成高致病性艰难梭菌相关的二元毒素[8-10]。这也解释了为啥富集的艰难梭菌没有导致肠炎的症状。
为了确认艰难梭菌产生的毒素与体重下降之间的关系，研究人员进一步用艰难梭菌63018的毒缺陷突变体确定，小鼠体重减轻是由毒素依赖的方式引起的。
无论是人源化小鼠还是无菌小鼠，一旦表达毒素TcdA和TcdB便可呈现出体重下降。
在之前的研究已经发现，胆汁酸对艰难梭菌的生长具有抑制作用[11,12]。经检测发现，在极低卡路里饮食和常规低热量饮食时期，小鼠胆汁酸的量减少。进一步说明了极低卡路里饮食为什么会导致艰难梭菌水平升高。
综上所述，极低卡路里饮食能够通过改变肠道微生物的机构降低体重，而且这种减重与致病菌艰难梭菌水平增加和毒素的产生有关。不过，极低卡路里饮食导致的人类肠道微生物群结构的这种变化是可逆的。
总的来说，这个研究告诉我们极低卡路里饮食带来的减肥效果，可能是以肠道中有害的艰难梭菌及其毒素增加为代价的。因此，想通过极低卡路里饮食减肥的朋友们，真的需要三思了。
参考文献：
[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 | 张艾迪
原标题：《《自然》：吃得太少或会“产毒”！科学家发现，极低卡路里饮食以肠道内艰难梭菌富集、毒素表达增高为代价实现快速减肥丨科学大发现》
