大多数成年人体内的脂肪由储存多余卡路里的白色脂肪细胞组成，但婴儿出生时带有燃烧能量以产生热量的棕色和米色脂肪。棕色脂肪水平会随年龄增长而下降，但科学家们长期以来一直寻求改变这一状况，寻找将白色脂肪细胞转化为消耗卡路里的米色脂肪的方法，以期治疗肥胖和糖尿病等代谢疾病。
现在，日本庆应义塾大学、博德研究所和希望之城的 researchers 发现，低蛋白饮食与恰到好处的肠道细菌组合可以导致小鼠体内发生这种转变。他们发表在《自然》杂志上的新研究表明，当四种细菌菌株感知到小鼠肠道中蛋白质含量低时，会产生分子信号，触发白色脂肪细胞通过呈现棕色脂肪特征而变得更加“米色”。
“这项工作强调了我们的肠道微生物组如何主动解读我们所吃的食物，并将其转化为身体响应的信号，”该研究的共同资深作者、博德研究所核心成员、哈佛医学院库尔特·J·伊瑟尔巴赫医学教授、计算与整合生物学中心主任以及马萨诸塞总医院分子生物学系核心成员拉姆尼克·泽维尔说。
科学家们警告说，这些发现不应直接应用于人类。他们研究的饮食中蛋白质含量低于对人类建议的水平，并且之前尝试单纯给人们提供特定细菌菌株作为益生菌的做法大多未能成功。相反，该团队表示，更好地了解这些细菌的工作原理，或许有一天能让研究人员开发出模拟其效果的药物。
“未来，我们或许可以通过直接作用于微生物群正在激活的这些相同分子通路的药物来调节棕色脂肪，”共同资深作者、庆应义塾大学医学院教授、美国癌症研究与治疗组织希望之城的访问学者肯亚·本田说。
寻找细菌
这项研究始于本田团队注意到，只摄入7%蛋白质饮食的小鼠显示出米色脂肪水平增加，但这种饮食对没有肠道细菌的小鼠的脂肪没有任何影响。
“这向我们表明，在这些低蛋白条件下，肠道微生物组中存在着将白色脂肪转化为米色脂肪的关键因素，”共同第一作者、来自庆应义塾大学和希望之城的田上武说。
为了确定可能涉及哪些细菌，研究人员招募了25名健康成年人，并扫描他们体内活跃的米色脂肪；只有四个人有可检测到的水平（本田测试了自己，并失望地得知自己不是那四个人之一）。
该团队从四位拥有米色脂肪的志愿者体内分离出肠道细菌，并将这些微生物移植到喂食低蛋白饮食的无菌小鼠体内。接受了来自四位个体中两位的细菌的动物开始将白色脂肪转化为米色脂肪。通过一次从小鼠体内移除一种菌株，研究人员确定了对这种转化至关重要且两位人类捐赠者共有的四种细菌菌株：Adlercreutzia equolifaciens、一种Eubacteriaceae物种、Bilophila sp.和Romboutsia timonensis。
接受这四种菌株以及低蛋白饮食的小鼠，其米色脂肪增加，葡萄糖耐受性更好，体重增长减少，胆固醇水平降低。
连接细菌与棕色脂肪
在与泽维尔在博德研究所的团队合作下，研究人员聚焦于这四种细菌菌株各自产生的分子。他们发现，在低蛋白条件下，这些细菌会产生改变肠道胆汁酸的信号。这些改变的胆汁酸通过血液流动到脂肪组织，在那里激活干细胞，使其变成米色脂肪。
与此同时，其中两种细菌在感知到蛋白质短缺时开始产生氨。这种氨会到达肝脏，触发激素FGF21的产生，从而增加与脂肪组织的神经连接。
当研究团队阻断改变的胆汁酸或这种激素时，小鼠在食用低蛋白饮食时不再产生棕色脂肪，这表明这两条通路都是必不可少的。
“这些发现告诉我们，微生物组在微调我们身体如何储存脂肪等方面极其重要，”泽维尔说。“这为我们提供了一个机会，去思考微生物、代谢物和代谢疾病之间的相互作用，理解其机制，并有可能将其转化为改善代谢健康的干预措施。”
庆应义塾大学的研究人员目前正在努力了解细菌最初是如何感知低蛋白条件的，以及针对胆汁酸修饰或FGF21激素的药物是否能影响人类的米色脂肪水平。
该研究的其他共同第一作者包括庆应义塾大学的永山学、Roochana Ayumi以及博德研究所的塞缪尔·齐默尔曼。
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