关注临床营养:优化患者饮食或可预防感染和败血症?
魏九玲,Susan 10-24
如果特定饮食可以预防败血症,那菌群引导的饮食干预就有可能成为术前患者护理的标准环节!

本文是2019年10月11日刊登在 mBio 杂志的一篇评论文章,特别关注饮食如何通过影响肠道菌群尤其是个体特定菌群构成而对健康和疾病产生影响。

西方饮食、抗生素和外科手术三者叠加,会导致小鼠模型发生败血症,未来利用该模型进行的研究,可为通过个体化饮食来保护手术患者免受感染和败血症提供依据。

这篇文章不长,但非常值得相关领域的基础研究者、临床研究者以及关注“以食为药”的产业界人士阅读,也许会从中有所启示。我们对它进行了全文编译,以飨读者。

优化患者饮食以预防感染和败血症

  • 原文标题:Live and Diet by Your Gut Microbiota

  • 作者:Christine M. Bassisa

  • 翻译:魏九玲 

  • 校对:Susan

  • 原文地址:https://mbio.asm.org/content/10/5/e02335-19

大家都知道,饮食会影响人体的健康和肠道菌群构成。高脂/低纤维的西方饮食会导致多种慢性疾病的发生,如肥胖、2型糖尿病和心血管疾病(1)。然而,健康与饮食之间的关系是很复杂的,首先的问题是什么是“健康”的饮食。

在医疗保健机构,健康饮食通常被定义为改善特定患者预后的饮食。医院已经提供了各种定制的饮食,那么是否也可以通过优化患者的饮食来预防感染或败血症呢?

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健康的饮食和肠道菌群共同作用可以使患者免受败血症。基于 Hyoju 等人建立的败血症小鼠模型和进一步的人群研究,未来也许可以通过个体化饮食调节特定菌群,作为预防败血症和其他感染的有效手段。 (图片来源:Sceyence 工作室成员 Patrick Lane) 

健康和饮食之间关系的复杂性部分源于人们对食物反应的个体差异。最近的人群队列研究表明,进食相同的食物,餐后血糖水平的个体差异很大(2,3)。有趣的是,肠道菌群构成是影响个体餐后葡萄糖反应的一项关键因素。

肠道菌群是饮食与健康关系的重要一环。饮食变化产生的影响也因人而异,多数情况下,还与特定的肠道菌群构成或代谢物有关。

例如,在一项研究中,对健康大学生进行抗性淀粉干预,结果显示,干预后粪便中丁酸盐水平和菌群构成与基线相比产生了不同的变化(4)。

小鼠模型还证实了饮食变化的结果与肠道菌群之间的关系。

在一项研究中,将小鼠从高脂饮食转换为常规饮食,可使小鼠的多种代谢表型(包括体脂含量、糖耐量、血清胰岛素水平)与常规饮食小鼠的代谢表型趋同(11) 。

然而,最初喂食高脂饮食的小鼠的肠道菌群有明显特异性,并与恢复高脂饮食后体重增加更快有关。

在另一项研究中,给小鼠喂食低“菌群可利用碳水化合物”(MACs)食物,经过几代之后,小鼠肠道菌群中的一些成员明显灭绝(5) 。经过几代低 MAC 饮食后,调整为高 MAC 喂食,小鼠并没有恢复原始的肠道菌群构成。

Hyoju 等人的一篇论文强调了饮食、肠道菌群和健康的相互作用。他们的败血症小鼠研究模型显示:西方饮食(高脂/低纤维)、抗生素治疗和外科手术联合可导致败血症的发生(6)。

败血症是一种由感染引起的器官功能障碍,美国每年受此影响者约170万人,导致约27万人死亡(数据来源:美国疾控中心官网)。

然而,人们对败血症知之甚少,当被确诊为败血症时,可用的治疗方案往往是无效的。因此,败血症的预防和治疗策略亟待改进。

在 Hyoju 等人建立的小鼠研究模型中,致死性败血症的发生需要3个条件:西方饮食、抗生素治疗和手术(30%肝切除术)。这三个条件为干预和预防提供了可能的机会。

在这项研究中,大多数西方饮食的小鼠在使用抗生素(头孢噻吩和克林霉素)后进行手术(30%肝切除术),出现败血症症状,且无法存活。相比之下,标准饮食的小鼠在使用抗生素后进行手术,并未出现败血症症状,并存活下来。

无论何种饮食方式,在手术前未使用抗生素的小鼠都存活了下来。

各组间的疾病严重程度与血液、肝脏和脾脏中细菌的水平有关。高脂/低纤维饮食和抗生素导致某些特定菌群在肠道(盲肠组织)中富集,最后进入血液、肝脏和脾脏。

抗生素和饮食均改变了菌群构成。

在 Hyoju 等人建立的小鼠模型中,高脂/低纤维的西方饮食和抗生素的联合作用,使肠道和盲肠组织中的变形菌门(Proteobacteria)丰度显著增加,盲肠组织中沙雷氏菌(Serratia marcescens)(最终进入血液、肝脏和脾脏的特定细菌之一)会富集。

如果术前未使用抗生素,仅仅是西方饮食并不足以导致小鼠术后败血症的发生,很大可能是因为抗生素加上西方饮食使诱发败血症的微生物富集。

Hyoju 等人建立的小鼠模型中,另一项结果显示,西方饮食会让菌群的抗生素耐药性增加。这很有意思,因为这个耐药性的产生似乎独立于抗生素的使用,这可能代表试图治疗败血症的问题。

除了富集可能诱发败血症的肠道细菌外,西方饮食还可能通过直接影响宿主来促进术后败血症。

在最近建立的第二种败血症小鼠模型中,喂食高脂/低纤维饮食的小鼠即使在没有微生物区系的情况下,在脂多糖(Lps)的作用下,比标准饮食小鼠的严重的败血症严重得多(7)。在该模型中,高脂/低纤维饮食改变了宿主的免疫系统,增加了肠通透性。

饮食、菌群和败血症外感染之间也有关系。

在另一种小鼠模型中,从人类肠道中分离出一种特定微生物,将其定殖于小鼠体内,并喂食高纤维或不含纤维的食物(8)。

与高纤维喂食的小鼠相比,无纤维喂食小鼠的肠道菌群构成发生了改变,粘液降解物的相对丰度增加,粘液降解相关酶的转录数量增加,从而导致黏液层降解,柠檬酸杆菌(Citrobacter rodentium)的易感性增加。

每日在高纤维和无纤维食物之间切换,则会导致肠道内的一些成分相对丰度发生明显变化,包括无纤维饮食小鼠的肠道已知粘液降解物的相对丰度明显增加。

西方饮食带来的高血糖和血糖水平升高,也会促进微生物传播。小鼠模型研究发现,高血糖使肠道通透性增加,肠道病原体和其他菌群向外传播的几率升高(9)。

同一项研究的人群实验研究发现,血液中微生物代谢物的水平与血红蛋白测定的长期血糖水平相关(9)。

饮食的改变可在几天内迅速改变人体肠道菌群的构成。一项研究发现,志愿者转换为动物源性饮食后仅2天,肠道菌群就发生了显著变化(10)。

在摄入动物源性饮食4天后,志愿者恢复正常饮食,他们的肠道菌群恢复至基线相似构成。

尽管短期饮食改变可以引起菌群构成的变化,但短期饮食改变是否有益于健康尚不得而知。

利用 Hyoju 等人建立的小鼠模型的未来研究,可能会研究饮食改变是否能够预防败血症的发生发展,无论是独立的影响,还是与肠道菌群的变化的协同效果。

例如,那些吃高脂/低纤维饮食的小鼠,能否通过在手术前改吃标准食物来预防败血症的发生呢?

如果是,那么术前需要吃多久的标准食物呢?标准食物中的起效果的是哪些特定成分?

此外,还可以通过不同抗生素的测试,以确定饮食改变的潜在益处是否取决于小鼠的特定菌群。

如果特定的饮食可以预防败血症,并将这种作用转化应用于人类,那么菌群引导的饮食干预就可能成为术前患者护理的标准环节,对败血症和肠道定殖先于感染的其它感染有潜在的好处。

延伸阅读

在《热心肠日报》中,有关于饮食干预、菌群和败血症的文章不少,比如2017年发表在Nature的利用植物乳杆菌和低聚果糖的组合以预防婴儿败血症的研究:


也有特定共生菌如何帮助小鼠抵抗败血症的机制研究:


Cell子刊:特定共生菌群诱导IgA帮小鼠抵抗败血症

Cell Host and Microbe[IF:15.753]
① 小鼠暴露于一个独特的天然菌群组合后,可导致血清IgA水平增加,并且在骨髓中诱导产生大量可分泌IgA的浆细胞,上述应答依赖于T细胞;② 这种特定的菌群中包含了变形菌门中的一些成员,菌群诱导产生的血清IgA可结合某些特定的细菌分类群;③ 共生的鼷鼠螺杆菌在肠道中定殖后,很容易诱导产生血清中的抗原特异性IgA抗体;④ 富含变形菌门的菌群可使小鼠产生对脓毒症的抗性,这种保护作用是由血清IgA介导的。
【主编推荐语】免疫球蛋白A(IgA)分为分泌型和血清型,许多研究表明前者在黏膜免疫中有重要作用,而对血清型IgA的了解则相对缺乏。上周Cell Host and Microbe[IF:14.946]上线了美国宾州大学的研究,证实在小鼠肠道中定殖特定种类的细菌后,可大量诱导分泌IgA的骨髓浆细胞,使血清IgA水平明显提高,帮助小鼠抵御感染引发的败血症。这是肠道菌群参与抗系统性感染的一个例证,值得关注。(@沈志勋)

目前我们总共解读了50篇与“败血症”相关的文献,你可以访问下面链接看到他们的解读:

50篇与“败血症”相关的文献


参考文献:

1.Science 362:776–780. doi:10.1126/science.aau5812.

2.Cell 163:1079–1094. doi:10.1016/j.cell.2015.11.001. 

3.Am J Clin Nutr 110:nqz028.doi:10.1093/ajcn/nqz028. 

4.mBio10:e02566-18. doi:10.1128/mBio.02566-18. 

5.Nature 529:212–215. doi:10.1038/nature16504. 

6.mBio 10:e00903-19. doi:10.1128/mBio.00903-19. 

7.Proc Natl Acad Sci U S A 116:3688–3694. doi:10.1073/pnas.1814273116.

8.Cell 167:1339.doi:10.1016/j.cell.2016.10.043. 

9.Science 359:1376. doi:10.1126/science.aar3318. 

10. Nature 505:559–563. doi:10.1038/nature12820. 

11.Nature 540:544–551. 


(全文结束)



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