解决肥胖问题:操纵微生物能替代减肥手术吗?

人类肥胖已经被认为是一种全球性的流行病，而且还在继续上升。根据美国疾病控制中心的数据，超过40%的美国人被认为是肥胖的。

与肥胖相关的不良健康影响范围很广，包括2型糖尿病、冠状动脉疾病、中风、睡眠呼吸暂停和某些类型的癌症等毁灭性疾病。患者经常患有抑郁症、丧失行动能力、社会孤立和无法工作。

美国每年的肥胖费用接近3160亿美元，了解如何抑制肥胖不仅能让人们更健康，还能帮助减少失控的医疗费用。

尽管人们迫切需要解决肥胖问题，但其原因尚不清楚。研究人员普遍认为，基因和肠道微生物组的组成和活性是决定谁肥胖和谁不肥胖的重要因素。

随着对人类微生物群的兴趣和了解的增加，研究人员越来越多地从肠道中寻找答案，从而得出新的、更有效的诊断和治疗方法。

人体肠道中的数万亿微生物在人体中发挥着广泛的关键功能，甚至与情绪和行为有关。微生物的关键职责之一是对我们消化的食物中的营养物质进行微观管理，这也是它们在调节体重方面发挥核心作用的原因之一。

在一项新的研究中，“人类肠道微生物群和代谢组的时空变化胃旁路手术，最近发表在生物膜和微生物群亚利桑那州立大学的研究人员Zehra Esra Ilhan，亚利桑那州立大学生物设计教授Rosa krajmalnik - brown以及梅奥诊所和太平洋西北国家实验室的研究人员在了解胃分流手术(也称为Roux-en-Y胃分流手术)后肠道的变化方面又迈出了一步。

Ilhan说:“我们的研究结果强调了手术后肠道代谢反映的粘膜和粪便微生物群变化的重要性。”术后微生物的变化与粪便发酵和胆汁酸代谢的持续变化相对应，这两者都与代谢结果的改善有关。”

除了胃分流手术后预期的体重减轻和肥胖相关共病的改善外，研究人员还观察到手术的影响不仅限于粪便群落;粘膜群落也发生改变。微生物组的变化与支链脂肪酸(氨基酸发酵产物)浓度的增加以及粪便样本中一级和二级胆汁酸浓度的总体下降有关。胆汁是一种碱性液体，有助于消化。

该研究的首席研究员Ilhan说:“以前的减肥手术-人体微生物组研究主要依赖于粪便样本，因为通过肠道粘膜取样需要侵入性程序。”在进行这项研究时，伊尔汗是Krajmalnik-Brown实验室的一名博士生。她目前在inrae -法国国家农业、食品和环境研究所进行研究。

减肥手术是一种通过改变人们的消化系统来减轻体重的手术。这些变化是生理和化学的，包括胃限制、吸收不良、胆汁酸代谢和化学信号。

“粘液膜是宿主-微生物相互作用的一个至关重要的部位。我们了解到，通过粪便采样，我们对黏膜群落如何与宿主免疫系统和上皮细胞积极相互作用有一个不足的了解。”Ilhan说。(上皮细胞是排列在身体表面的细胞。)

虽然胃分流手术对许多患有病态肥胖的患者来说是成功的，但这是一种严重的侵入性手术，并非没有风险和费用。此外，一些患者的体重会反弹，这可能是因为他们缺乏永久性减肥所必需的有益微生物。

Krajmalnik-Brown说:“了解肠道中微生物的行为可能会导致创造一种可以取代手术的益生菌，或者是一种改进的指标，以确定手术和持续减肥的最佳候选人。”

在纵向研究中，受试者提供了粪便样本和直肠粘膜样本。在基线和胃旁路手术后12个月分别通过未镇静的乙状结肠镜收集直肠粘膜样本。研究人员分析了从粪便和粘膜样本中提取的微生物DNA。使用高通量代谢组学方法分析粪便代谢物。

在肥胖患者的肠道中发现了一个病理指标，其中观察到的微生物群落的多样性明显较低。肠道微生物的高度多样性对健康至关重要。

2009年，Krajmalnik-Brown的研究小组首次证明，胃分流手术对肠道微生物群落的组成产生了深刻的变化。胃分流术后患者的肠道菌群与肥胖和正常体重患者有显著差异。

在2017年的一项研究中，该团队又迈出了一步，比较了胃旁路手术和束带手术后微生物和代谢组(代谢组是存在于有机体、细胞或组织内的代谢物的总数)的变化。

2017年的研究表明，胃分流手术引起了肠道的剧烈重组，这增加了微生物的多样性。与束带手术(也称为腹腔镜可调节胃束带手术)相关的肠道菌群变化轻微，伴随的体重减轻不太明显。早期的研究表明，当无菌小鼠接受了接受胃旁路手术的小鼠的粪便移植后，脂肪减少了，体重减轻了手术．

Krajmalnik-Brown的团队目前正在进行一个由美国国立卫生研究院资助的项目，该项目的主要目标是量化微生物组对宿主能量平衡的贡献。该项目旨在将研究领域从相关性转移到因果关系，并帮助确定微生物和代谢物如何对抗肥胖。

Krajmalnik-Brown是亚利桑那州立大学可持续工程和建筑环境学院的教授，也是生命科学学院的教师。在生物设计研究所，她是斯威特环境生物技术中心的一员。

Krajmalnik-Brown还因她对自闭症谱系障碍患者中微生物组的作用的研究而闻名。

本刊报道的研究得到了美国国立卫生研究院糖尿病、消化和肾脏疾病研究所的支持，资助号为R01DK090379

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