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饮食与肠道微生物群之间的相互作用已被证实对宿主代谢和健康有着广泛的影响。如今，伍斯特理工学院人类生物学微生物组量子研究中心（WPI-Bio2Q，由该研究的共同资深作者、医学博士兼哲学博士本田肯尼亚领导）和庆应义塾大学的研究人员，携手希望之城和博德研究所的研究人员，揭示了特定的肠道微生物如何解读饮食信息，并进而驱动白色脂肪组织转化为米色脂肪——一种代谢活跃的脂肪形式，它能够燃烧能量而非储存能量。这项发表在《自然》杂志上的研究还揭示了连接膳食蛋白质摄入、微生物代谢和宿主脂肪燃烧反应的分子通路。“这些发现从机制上揭示了肠道微生物如何作为重要的饮食信号介质，以及这些细菌如何产生信号来塑造宿主代谢，”WPI-Bio2Q成员、该研究的共同作者斯科特·贝希说道。
饮食、微生物和代谢适应
白色脂肪组织储存能量，而棕色和米色脂肪则通过生热作用燃烧能量。在某些环境条件下，白色脂肪可以转化为米色脂肪，这一过程称为褐变。这种转化会增加能量消耗，从而可能影响代谢健康并有助于体重管理。
先前的研究表明，低蛋白饮食可以刺激这种褐变过程，然而，目前的研究表明，这种代谢转变很大程度上依赖于微生物群，并确定了负责将饮食信号传递给宿主的微生物途径。
其中一条微生物途径涉及肠道细菌对胆汁酸的修饰，胆汁酸在调节代谢中发挥着重要作用。这些经微生物修饰的胆汁酸激活脂肪祖细胞中的一种名为FXR的受体，促进米色脂肪细胞的发育。另一条途径涉及微生物氮代谢，某些细菌产生的氨会进入肝脏，刺激代谢激素FGF21的生成，而FGF21反过来又会促进脂肪组织米色化。这些信号共同促进交感神经系统活动，最终触发脂肪反应。
确定致病微生物
为了确定涉及的微生物，这个国际研究团队使用了无菌小鼠模型和Bio2Q公司开发的微生物培养方法。通过从小鼠和人类中分离细菌菌株，研究人员得以确定在低蛋白喂养期间能够触发褐变反应的最小微生物群落。
利用人类微生物群样本，研究表明，棕色化反应需要两组细菌共同作用，即四种产氨菌株和五种胆汁酸修饰菌株，这些功能共同产生了诱导脂肪燃烧程序所需的信号。
当无菌小鼠接受这些细菌群落，然后喂食低蛋白饮食时，它们表现出米色脂肪形成增加、产热基因表达更高、葡萄糖代谢改善和循环脂质减少。
一种用于膳食传感的微生物框架
这些研究结果表明，肠道微生物是饮食与宿主生理之间重要的、活跃的界面，能够调节营养物质的可用性变化，并将这种变化转化为激素和代谢信号。
由于驱动这种代谢结果需要多种微生物的共同作用，只要它们具备驱动该反应所需的关键功能活性，这些发现表明，微生物代谢而非特定细菌种类的存在，可能是影响饮食-微生物组整体相互作用的关键因素。理解这些关系有助于研究人员设计微生物疗法，以改善代谢健康或增强饮食干预的效果。
关于WPI-Bio2Q
庆应义塾大学人类生物学微生物组量子研究中心（WPI-Bio2Q）是一个国际研究中心，致力于研究微生物群落如何与人类生物学相互作用。Bio2Q的研究人员整合了微生物学、免疫学、系统生物学和计算科学，探索微生物组如何影响新陈代谢、免疫和疾病，旨在将这些发现转化为新的诊断和治疗方法。
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关于世界顶级国际研究中心计划（WPI）
日本文部科学省于2007年启动了WPI项目，旨在培育具有全球影响力、拥有最高标准和卓越研究环境的研究中心。目前，WPI项目已在日本各地设立十余个，这些中心分布于不同的科研机构，并享有高度自主权，使其能够采用创新的管理和研究模式。该项目由日本学术振兴会（JSPS）负责管理。
庆应义塾大学人类生物学-微生物组-量子研究中心（WPI-Bio2Q）
整合人类生物学、微生物组研究和量子计算，探索健康长寿的基础
Bio2Q将开发新型研究技术，以了解多个器官与微生物组之间的相互作用，并开发将量子计算应用于人类生物学的方法。我们的使命是开创一个全新的跨学科研究领域，阐明维持人类健康的调控机制。从长远来看，我们将开发新的预防/治疗方法，以促进健康长寿。
