一项新的小鼠研究表明，父母摄入的甜味剂可能会重塑后代的肠道细菌、微生物代谢物和代谢信号，其中蔗糖素留下的跨代印记最为强烈。
研究：人工和天然非营养性甜味剂导致跨代肠道和基因反应差异。图片来源：Andrii Zastrozhnov / Shutterstock
近期发表在《营养学前沿》(Frontiers in Nutrition)杂志上的一项研究显示，非营养性甜味剂(NNS)会在不同代际之间引发不同的基因和肠道反应。
高糖饮食会促进肥胖、高胰岛素血症和葡萄糖耐受不良，并与儿童和成人患非传染性疾病的风险增加相关。阿斯巴甜、糖精、安赛蜜K、甜菊糖、蔗糖素和环磺酸盐等非营养性甜味剂(NNS)被广泛用作无热量的糖替代品。包括育龄妇女在内的所有年龄段人群的非营养性甜味剂消费量已大幅增加。
根据美国(US)的一项调查，2020年超过1.4亿成年人使用了非营养性甜味剂(NNS)。此外，世界卫生组织(WHO)最近的一项指南表明，长期使用非营养性甜味剂可能与不良影响相关，例如心血管疾病和糖尿病的风险增加。尽管育龄妇女广泛使用非营养性甜味剂，但父母摄入非营养性甜味剂对后代的影响研究不足。
亲代非营养性甜味剂小鼠研究设计
在本研究中，研究人员评估了父母摄入甜菊糖或蔗糖素如何影响粪便微生物群(FM)和短链脂肪酸(SCFA)的产生、肝脏和肠道基因表达，以及这些变化是否传递给后代。首先，将4周龄的雄性和雌性小鼠（亲代，或F0代）随机分为接受水（对照组）或添加甜菊糖或蔗糖素的水，持续16周。
第6周时，将同组小鼠进行交配。哺乳4周后，第一代(F1)断奶并随访至20周龄。将同组的无关F1小鼠交配以产生第二代(F2)。F1和F2动物仅接受标准饲料和纯水，不直接接触非营养性甜味剂(NNS)。每周监测食物和水的摄入量以及体重变化。
在第20周，所有世代的小鼠被实施安乐死，采集肝脏和回肠组织。在安乐死前，进行了口服葡萄糖耐量试验(OGTT)。此外，从每一代和每组小鼠在安乐死前获取粪便样本。使用16S核糖体核糖核酸(rRNA)基因测序评估粪便微生物群(FM)组成。使用气相色谱法对短链脂肪酸(SCFAs)进行定量。
从肠道和肝脏组织中提取总核糖核酸(RNA)，以量化参与炎症（肿瘤坏死因子[Tnf]和Toll样受体4[Tlr4]）、肠道屏障功能（紧密连接蛋白1[Tjp1]）和代谢（固醇调节元件结合蛋白1[Srebp1]）的基因表达。使用Kruskal-Wallis检验和事后Dunn检验来比较代际间和组间差异。
甜菊糖和蔗糖素血糖发现
口服葡萄糖耐量试验(OGTT)显示，F0代小鼠中对照组和蔗糖素组之间的血糖水平没有差异。然而，甜菊糖组的雄性小鼠在120分钟时的血糖水平低于蔗糖素组和对照组。蔗糖素组的F1代雄性小鼠的血糖水平低于甜菊糖组和对照组，尽管血糖变化总体上是温和且有选择性的。甜菊糖组的F2代雌性小鼠空腹血糖较高。
相比之下，蔗糖素组的F2代雄性小鼠血糖水平低于甜菊糖组，但空腹血糖高于对照组。对照组没有出现代际间的血糖变化。非营养性甜味剂(NNS)摄入不影响F0代动物及其后代肠道Tjp1的表达。相反，与对照组相比，蔗糖素与肠道中Tnf和Tlr4表达升高以及F0代小鼠肝脏Srebp1表达降低相关。
蔗糖素和甜菊糖跨代暴露的实验设计。在4周龄时，将非近亲、初产的雌性和雄性C57BL/6J小鼠[亲代(F0代)]随机分配到三个组，分别给予单独的水（对照组）或添加蔗糖素(0.1 mg/ml)或甜菊糖(0.1 mg/ml)的水，持续16周。为了评估非营养性甜味剂(NNSs)的跨代效应，将属于同一处理组的F0代小鼠在10周龄时进行交配。哺乳4周后，F1代幼崽断奶并随访至20周龄。F1和F2代不直接接触非营养性甜味剂。所有小鼠在相同的饲养条件下维持，包括相同的动物房、笼子类型和垫料、饲料批次、水源和瓶子清洁方案，以及标准化的笼子清洁时间表。
跨代肠道微生物群和短链脂肪酸变化
在F1代动物中，非营养性甜味剂(NNS)组相对于对照组肠道Tnf和Tlr4表达上调，而这些变化在F2代小鼠中恢复正常。在F0代动物中，各组间的α多样性没有差异，但甜菊糖组的Shannon指数高于蔗糖素组和对照组。β多样性在各组间表现出显著差异。
在F1代小鼠中，蔗糖素组比对照组观察到的物种更多；非营养性甜味剂(NNS)组的Shannon指数高于对照组，且β多样性在各组间存在差异。在F2代动物中，蔗糖素组比甜菊糖组和对照组观察到的物种更多且Shannon指数更高；β多样性差异在这一代仍然存在。对照组在α或β多样性上均无代际差异。
此外，非营养性甜味剂(NNS)摄入在F0和F1代动物中引起了粪便微生物群(FM)组成的显著变化，尤其是蔗糖素组。此外，与非营养性甜味剂相关的粪便微生物群(FM)组成变化传递给了F1代，但在F2代中部分恢复。在F0代中，非营养性甜味剂(NNS)组的粪便戊酸盐和乙酸盐水平低于对照组，而丁酸盐和丙酸盐水平或短链脂肪酸(SCFA)比例没有差异。
在F0代中，非营养性甜味剂(NNS)组的总短链脂肪酸(SCFA)水平低于对照组。在F1代动物中，蔗糖素组的乙酸、丁酸、戊酸和丙酸水平显著降低。在F2代小鼠中，蔗糖素组的丙酸和乙酸水平较低，而甜菊糖组的戊酸、丁酸、乙酸和丙酸水平低于对照组。非营养性甜味剂(NNS)组的总短链脂肪酸(SCFA)水平较低。
非营养性甜味剂暴露的跨代健康影响
总的来说，父母摄入非营养性甜味剂(NNS)在后代中引发了肠道微生物群组成、微生物代谢物产生、宿主血糖反应以及肝脏和肠道基因表达的代际变化。这些发现挑战了非营养性甜味剂在代谢上是惰性的假设，并强调了它们对后代健康的潜在影响。总体而言，蔗糖素显示出更强且更持久的跨代信号，而甜菊糖相关效应在F1代更为显著，许多变化在F2代减弱。需要进一步研究以阐明其潜在机制及其与人类健康的相关性。
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