吃竹子都能胖？熊猫告诉你肥胖在于肠道微生物

我国的国宝“大熊猫”在分类学上属于食肉目，虽然具有典型的食肉消化系统，但是长年以低脂的竹子为食。可爱的熊猫宝宝是如何适应这种低脂饮食的呢？为什么食用这么低脂的素食食物大熊猫还会这么胖呢？

2022年1月19日，一篇题为Seasonal shift of the gut microbiome synchronizes host peripheral circadian rhythm for physiological adaptation to a low-fat diet in the giant panda的研究性文章发表在Cell Reports上。该研究由中国科学院动物研究所魏辅文院士团队完成，通过对大熊猫肠道微生物宏基因组的分析，确定了一种名为丁酸梭菌（Clostridium butyricum）的肠道微生物与大熊猫体重的增加密切相关。机制研究表明，丁酸梭菌分泌产生的丁酸延长了肝脏昼夜节律基因Per2的上调，从而增加了磷脂的生物合成。

丁酸梭菌——可能诱发熊猫体重增加

在野外，大熊猫的饮食会随季节变化而变化。大熊猫一年中有8个月（通常从8月底到第二年的4月）只吃树叶，但在有嫩枝的情况下（通常从4月底到8月）会优先食用嫩枝。与食叶季节（0.06±0.07 kg/天）相比，食笋季节（0.23±0.24 kg/天）大熊猫的每日体重增加显著更大。竹笋含有更多的有效碳水化合物和蛋白质，而竹叶中含有大量的半纤维素和纤维素。肠道微生物的转变在大熊猫的体重变化中是否产生了影响呢？

为了解释肠道微生物对熊猫体重的影响，科学家们采集了在秦岭地区生活的8只野生大熊猫的粪便样本，通过对粪便进行元蛋白质组学分析和宏基因组学分析，研究者发现，梭菌在大熊猫粪便中的丰度很高，并且在不同季节之间存在显著差异。进一步分析表明，与食叶季节相比，食笋季节的丁酸杆菌数量显著增加。并且粪便中短链脂肪酸（SCFA）的气相色谱-质谱（GC-MS）分析表明，食笋季节的样品中丁酸和乙酸含量明显高于食叶季节的样品。

图片来源：Cell Reports

为了进一步确定食叶季节与食笋季节微生物种群的差异对体重的影响，消除大熊猫食用食物营养价值的不同对研究可能造成的干扰。研究者们将熊猫粪便移植到无菌小鼠身上进行研究分析。研究结果表明移植食叶季节与食笋季节熊猫粪便的小鼠肠道之间的糖酵解，嘌呤代谢，嘧啶代谢，淀粉和蔗糖代谢以及ABC转运蛋白途径存在显着差异。并且在食物摄入量没有显着差异的情况下，食笋季节熊猫粪便移植组小鼠腹股沟皮下脂肪在总体重中所占比例也显着增加。

图片来源：Cell Reports

肠道微生物产生的丁酸——影响昼夜节律基因的表达

为了全面探索肠道微生物调节循环磷脂代谢的过程，研究者对参与脂质代谢和循环的两个重要外周器官肝脏和肾脏的基因表达模式进行了表征。在移植食叶季节与食笋季节熊猫粪便的小鼠之间发现的所有差异表达基因中，有三个与昼夜节律有关，其中 Bmal1（也称为Arntl）和Per2在肝脏中差异表达，Cry1在肾脏中差异表达。

肠道微生物群是如何影响昼夜节律基因的呢？研究者使用GC-MS在粪便微生物群移植后21天测量小鼠粪便中的短链脂肪酸（SCFA）浓度。移植食笋季节熊猫粪便的小鼠丁酸浓度显着高于移植食叶季节熊猫粪便的小鼠，类似于观察到的大熊猫粪便中丁酸水平季节性波动。进一步分析，研究者发现小鼠粪便中的丁酸水平与Bmal1和Cry1的表达水平显着相关，表明肠道微生物群产生的丁酸可能会改变外周昼夜节律。

为了确定这一现象，研究者每天给SPF级小鼠灌胃丁酸7天。观察昼夜节律基因的变化发现，丁酸处理组在某些时间段Per2和Bmal1呈现上调的趋势。并且丁酸处理小鼠血浆中丝氨酸磷脂和鞘磷脂浓度波动与丁酸处理小鼠肝脏中Per2的表达模式平行。

图片来源：Cell Reports

小编评述

随着生活水平的提高，肥胖已经成为困扰人类的重大问题。除了过度的摄入能量，生活作息时间的不规律、肠道微生物群的紊乱都有可能引起人们肥胖或者其他疾病。本文的作者以大熊猫为研究对象发现，随着季节的变化，肠道微生物种群通过影响昼夜节律的表达，诱导大熊猫体重增加。这项研究也提示我们，人类昼夜节律的表达差异或者紊乱也有可能导致人类肥胖的发生。

参考资料：https://www.cell.com/action/showPdf?pii=S2211-1247%2821%2901707-1