Cell:生酮飲食可改變人體腸道微生物組

低碳水化合物,高脂肪的生酮飲食,近年來因爲其在減輕發炎、促進體重減輕和心臟健康方面的益處而引起了大眾的關注。近日,一份來自加州大學舊金山分校的研究指出,生酮飲食對人類腸道中的微生物組產生了巨大影響。 使用小鼠中進行的其他研究中也顯示,所謂的“酮體(Ketone bodies)”可直接影響腸道微生物組,最終抑制發炎反應。這表示使用酮體作為一種治療進而影響腸道自體免疫疾病的方式是有益處的。

 

此研究的重點:
1. 生酮飲食與高脂飲食影響體內微生物群方式的差異
2. 生酮飲食導致的內部微生物的部分變化是通過宿主體內酮體的產生來驅動
3. β-羥基丁酸選擇性地抑制雙歧桿菌的生長
4. 生酮飲食相關的腸道微生物群減少了腸道內Th17細胞的含量。

 

高脂飲食可能促進疾病生成,那相對更高脂的生酮飲食?

在生酮飲食(幾乎沒有攝取碳水化合物)的情況下迫使人體將其代謝方式改為使用脂肪分子作為主要能源而非碳水化合物,支持者認為這樣的轉變對人體是有許多健康的益處 。

加州大學舊金山分校的微生物學和免疫學副教授、加州大學舊金山分校貝尼奧夫微生物學醫學中心會員和Chan Zuckerberg Biohub研究者Peter Turnbaugh博士說:「我對這個議題很感興趣,因為我們先前的研究指出,高脂飲食會引起腸道微生物組的變化,從而促進小鼠的代謝和其他疾病,然而現在脂肪含量更高的生酮飲食卻被提倡作為一種治療方法!我決定要去探索這令人匪夷所思之處。」

 

生酮飲食影響腸道中微生物群比例的重組

在2020年5月20日發表於《Cell》的新研究中,Turnbaugh博士及其同事與非營利性營養科學計劃(Nutrition Science Initiative)合作,招募了17名超重或肥胖的非糖尿病成年男性,讓他們在代謝病房住院兩個月,同時病房中的所有飲食和運動將被仔細監控。

研究共八週,前面四週,兩組受試者的飲食分別為「由50%碳水化合物,15%蛋白質和35%脂肪組成的“標準”飲食」或「由5%碳水化合物,15%蛋白質和80%脂肪組成的”生酮“飲食」。 四個星期後,兩組受試者互相交換飲食,以便研究人員研究兩種飲食之間的轉換如何改變受試者體內的微生物組。

針對受試者糞便樣本中發現的微生物DNA的分析顯示,在標準飲食和生酮飲食之間進行轉換會大幅度地改變受試者腸道中常見的腸道菌門放線菌、擬桿菌和厚壁菌的比例,包括19個不同細菌屬的顯著變化。研究人員發現生酮飲食會造成特定的細菌屬-常見的益生菌雙歧桿菌(Bifidobacteria)-減少最多。

 

生酮飲食使Th免疫細胞量顯著減少

為了更全面地了解生酮飲食所造成的微生物變化會如何影響健康,研究人員將小鼠腸道暴露於生酮飲食的人類微生物組的不同成分,並發現這些已改變的微生物種群中Th17免疫細胞的數量顯著減少。

Th免疫細胞(T helper cells, Th)是T細胞的一種類型,針對抵抗傳染病至關重要,也可促進自身免疫疾病的發炎反應。Th17輔助細胞主要作用為對抗細胞外細菌及黴菌的免疫反應。

From: 《Cell》

微生物組的改變與酮體含量有關

在後續小鼠飲食實驗中,研究人員將動物的飲食逐步在低脂、高脂和低碳水化合物生酮飲食之間轉換,結果證實了高脂和生酮飲食對腸道微生物組有完全相反的作用。 這些發現指出,隨著動物飲食中脂肪含量增加到在不含碳水化合物的情況下促進酮體產生的含量,微生物組的反應也會有所不同。

研究人員在實驗中觀察到,隨著動物飲食從標準飲食轉向更嚴格限制碳水化合物量的飲食,牠們的微生物也開始轉變,這與酮體的逐漸增加有關。

Turnbaugh博士說:「這讓我有些驚訝!作為一個剛接觸酮領域的人,我曾以為一旦攝入夠少的碳水化合物,生產酮體就會是一種全有或全無的作用。但這結果顯示,您可能很快就會受到一些酮症的影響。」

 

額外添加酮體也足以引起特定的微生物變化

研究人員透過直接向小鼠餵食酮體去測試,若單獨添加的酮體是否可能驅動腸道微生物生態系統中已觀察到的轉變。 他們發現,即使是吃正常含量碳水化合物的小鼠中,僅添加酮也足以引起生酮飲食中許多特定的微生物變化。

Turnbaugh博士說:「這是一個非常有趣的發現,因為它表明生酮飲食對微生物組的影響不僅與飲食本身有關,而且還與飲食如何改變人體的代謝有關,進而對微生物組產生下游影響。對於許多人來說,維持嚴格的低碳水化合物飲食或生酮飲食是極具挑戰性的,但是如果未來的研究發現,酮體自身引起的微生物變化對健康有好處,那麼這可能會使治療方法更加誘人。」

 

 

參考資料:
1. Ketogenic diets alter gut microbiome in humans, mice
2. Ketogenic Diets Alter the Gut Microbiome Resulting in Decreased Intestinal Th17 Cells. Cell. 2020. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2020.04.027

 

 

Ying Chang

作者

Ying Chang

曾在醫療相關領域工作三年,包含醫療耗材、檢測服務、扶持計畫等。希望能將更多生醫知識和即時消息分享給關注健康醫療的你們!

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