研究人员发现，典型的西方饮食——高加工食品、红肉、乳制品和糖分——改变了肠道微生物组的组成，从而对健康产生重大影响。这种饮食模式缺乏水果、蔬菜和全谷物，减少了消化系统中微生物的多样性及其产生的代谢物，从而增加了几种与免疫系统相关疾病（如炎症性肠病）的风险。
在发表于《自然》杂志的新研究中，芝加哥大学的研究人员展示了喂食西方饮食的小鼠在抗生素治疗后无法重建“健康”且多样化的肠道微生物组。这些小鼠也更容易受到诸如沙门氏菌等病原体的感染。然而，喂食模仿地中海饮食（富含水果、蔬菜和全谷物中的植物性纤维）的小鼠在抗生素使用后能够迅速恢复健康且具有弹性的肠道微生物组。
“我们非常惊讶地发现，西方饮食小鼠与健康饮食小鼠的恢复过程存在如此显著的差异，”芝加哥大学医学科学家培训计划的学生、该研究的主要作者梅根·肯尼迪（Megan Kennedy）表示。
抗生素对肠道微生物组可能具有毁灭性的影响。虽然通常用于治疗特定病原体引起的感染，但抗生素是无差别的，它们会消灭整个细菌群落，包括导致疾病的“坏”细菌和帮助维持健康的“好”共生细菌。
芝加哥大学医学教授、该研究的资深作者之一尤金·张（Eugene B. Chang）博士将这种情况比作森林火灾——这意味着在重建肠道细菌群落时，需要遵循特定的生态规则。这一类比非常贴切，因为肯尼迪的另一位导师、此前任职于芝加哥大学的乔·伯格森（Joy Bergelson）博士研究植物如何与微生物相互作用和共同进化。伯格森目前是纽约大学的西蒙斯基金会生命科学执行副总裁兼银质教授。
“哺乳动物的肠道微生物组就像一片森林，当你破坏它时，必须有一系列特定顺序的事件发生，才能使其恢复到以前的健康状态，”张说。“当你采用西方饮食时，这种情况不会发生，因为它没有在正确的时间为正确的微生物提供所需的营养。相反，你会得到一些占据这些资源的物种，它们不会为其他恢复所需的生物体奠定基础。”
不幸的是，在美国，抗生素的过度使用和西方饮食非常普遍。这促使肯尼迪和张探索这种破坏微生物组的做法组合如何影响肠道健康。
他们首先使用喂食模仿典型西方饮食（WD）或常规小鼠饲料（RC）的小鼠，后者含有多种植物纤维来源且脂肪含量低。两组小鼠随后均接受了抗生素治疗。之后，一些小鼠继续维持相同的饮食，而另一些则切换到另一种饮食。
研究人员还通过粪便微生物移植（FMT）在抗生素治疗后向小鼠体内重新引入微生物。FMT的原理是，通过将健康动物粪便中的微生物转移到另一个动物体内，可以在肠道中恢复健康的平衡。
当研究人员分析不同实验组中微生物的组成时，他们发现只有在抗生素治疗前或治疗后喂食RC的小鼠才能恢复到健康的微生物平衡。阿贡国家实验室的计算生物学家克里斯托弗·亨利（Christopher Henry）博士及其团队的进一步分析显示，这种饮食促进了代谢物网络的发展，为微生物重建健康的生态系统奠定了基础。
然而，对于抗生素治疗后喂食WD的小鼠来说，FMT对恢复几乎没有影响。这些小鼠也容易受到沙门氏菌（一种常见的肠道病原体）的感染。
“似乎你通过FMT引入什么微生物并不重要，即使它在每一方面都与理想的移植相匹配，”肯尼迪说。“如果小鼠处于错误的饮食状态下，微生物无法定植，群落不会多样化，也无法恢复。”
肯尼迪和张表示，这表明饮食为一个多样化、强大且有弹性的肠道微生物组奠定了至关重要的基础。除了促进整体健康外，一个潜在的临床应用是使用饮食来治疗癌症治疗或器官移植后患者的感染。这些患者通常会接受强力抗生素和免疫抑制药物，这可能导致多重耐药细菌感染。增加更多抗生素只会加剧情况。张表示，“也许我们可以利用饮食来重建这些治疗下被抑制的共生微生物。我们可以更快地恢复健康的微生物组，并防止更多多重耐药生物的出现。”
尽管这项研究揭示了饮食如何改变肠道微生物组的新细节，但它也重复了一个父母们自古以来就告诉孩子的信息：吃水果和蔬菜对你有好处。但两位研究人员也认识到，他们不能指望每个人都为了健康而一夜之间变成素食主义者。
肯尼迪建议，人们可以考虑在即将进行手术并知道自己将服用抗生素时，在饮食中加入更多健康食品以作准备。张也在研究一种“既能吃蛋糕又能吃蛋糕”的方法，即人们即使不大幅改变饮食，也可以服用定制补充剂来增强肠道健康。
“我已经相信食物可以成为药物，”张说。“事实上，我认为食物可以具有处方性，因为我们最终可以决定哪些食物成分影响哪些肠道微生物组的人口和功能。”
该研究题为“饮食优于微生物移植以推动小鼠微生物组恢复”，得到了美国国立卫生研究院、芝加哥胃肠病研究基金会、西蒙斯基金会、美国能源部以及与香港中文大学合作的香港创新及科技局资助。
这篇文章最初发表在《芝加哥大学生物科学部新闻》上。
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