同期两篇《科学》:这份专为肠道细菌设计的营养餐,帮助儿童健康成长

▎学术经纬/报道

当婴儿呱呱坠地,随着这个小生命的生长,他们体内的肠道细菌也在不断生长和变化,并且影响着人体健康。

圣路易斯华盛顿大学(Washington University School of Medicine in St. Louis)的Jeffrey I. Gordon教授与其团队,多年来关注健康儿童与营养不良的儿童在肠道菌群上的差异,并制定营养方案帮助肠道菌群受损的儿童恢复健康

Jeffrey Gordon教授的研究团队,他是研究肠道微生物生态学和演化的国际先行者(图片来源:圣路易斯华盛顿大学官网)

在顶尖学术期刊《科学》最新一期上,Gordon教授和孟加拉国国际腹泻病研究中心(International Centre for Diarrhoeal Disease Research)的同事们同时发表了两篇论文,基于对肠道细菌的认识,设计了一套新型治疗性食物。临床试验的结果表明,给营养不良的幼儿喂食这种包含鹰嘴豆、大豆、香蕉和花生粉的混合食物,可以帮助恢复肠道菌群,全面促进健康

尽管我们在现代社会似乎更常担心营养和能量摄入过多而造成肥胖,但在全世界范围内,儿童营养摄入不足和失衡也是一个严重的健康问题。据世界卫生组织估计,营养不良影响了1.5亿名5岁以下儿童。一些经历营养不良而幸存的孩子,就算补充常用的营养素,也常出现体格瘦小、大脑发育迟缓、经常腹泻生病等后遗症

▲经历过营养不良的孩子,多年以后仍然容易生病(图片来源:123RF)

Gordon教授的团队过去发现,婴幼儿阶段,肠道细菌的成分和比例也在经历一个变“成熟”的过程。

研究人员在孟加拉国收集了严重急性营养不良儿童的粪便标本,同时以健康同龄儿童作为对照。他们把取得的菌群分别移植到无菌条件下培养的小鼠体内。结果发现,孩子严重营养不良时,“发育不良”的肠道细菌让动物体重增加不足,骨骼发育不良,代谢和免疫功能异常。换句话说,不能形成健康的微生物群,可能是营养不良的原因,而非简单的后果

因此,科学家们开始基于对肠道菌群如何发育的理解,采取新的方法来设计营养食物。

在此次的第一篇论文中,科学家研究了孟加拉国幼儿的肠道菌群,从婴儿出生起到5岁大,每个月取得肠道菌群的标本。然后,他们借用一种最初用于金融市场的统计方法,找出队列中健康成员肠道中有哪些主要的细菌类型。最终,确定了一个由15种肠道细菌成员相互作用的“生态系统”,可以据此确定营养不良的儿童肠道菌群受破坏的程度。

15个分类单元组成的网络(图片来源:参考资料[1])

接着,研究人员把孩子的肠道细菌送入无菌小鼠和无菌小猪体内,来筛选和特定细菌群落生长有关的食物配方。由此制定出的新补充食品原型,可以在小鼠和猪这两种动物模型中帮助未成熟的肠道菌群向成熟形态发展,改善动物的健康。

有了临床前实验的基础,国际腹泻病研究中心的主任Tahmeed Ahmed博士带领研究小组展开了临床试验。63名年龄在12~18个月、被诊断为中度营养不良的孟加拉幼儿被随机分配到4个治疗组。其中,1组补充的是过去常用的治疗食物,也就是没有根据肠道细菌设计的食物;另外3组分别接受了三套新设计的治疗食物。

在这个过程中,研究团队特地选择了当地就可以获得、“文化上可以接受”、可以负担得起的食物成分

▲临床试验的设计和4套补充食物(图片来源:参考资料[2])

在为期一个月的治疗过程中,其中包含了鹰嘴豆、大豆、香蕉和花生粉的治疗食品效果令人欣喜。研究人员检测了1300种指标,包括与骨骼生长、大脑发育、免疫功能、各种组织代谢密切相关的蛋白质,发现这组治疗食物产生了明显的促健康作用。同时,存在于健康儿童肠道的15种微生物也通过这组食物获得了增强。

▲临床试验检测了与骨骼发育、中枢神经系统和免疫系统有关的多项生物标记物(图片来源:参考资料[2])

Gordon教授总结说:“这些结果首次证明,一种专门为促进肠道菌群生长和扩张而开发的治疗性食物,在肠道以外也有许多益处,关系到健康成长的许多方面,包括对新陈代谢、骨骼、大脑和免疫系统的发育起到关键的调节作用。而在营养不良的儿童身上,传统的营养补充食品是很难修复这些受损器官系统的。” 

据研究者介绍,孟加拉国的两个试验点目前正在进行更长期、更大范围的临床试验,以确定这种为肠道菌群设计的“补品”是否有持续的帮助。Gordon教授表示,他们最终目的是想为儿童在最初几年的喂养提供一套更有依据的指导方针,帮助孩子发展健康的肠道菌群我们感谢科学家们的不懈努力,让世界上的每一个孩子可以更健康地成长。

参考资料:

[1] Arjun Raman et al., (2019) A sparse covarying unit that describes healthy and impaired human gut microbiota development. Science. DOI: 10.1126/science.aau4735

[2] Jeanette Gehrig et al., (2019) Effects of microbiota-directed foods in gnotobiotic animals and undernourished children. Science. DOI: 10.1126/science.aau4732

[3] Starving children often don’t recover, even when fed enough. Restoring their gut bacteria could help. Retrieved Jul. 12, 2019, from https://www.sciencemag.org/news/2019/07/starving-children-often-don-t-recover-even-when-fed-enough-restoring-their-gut-bacteria

[4] For malnourished children, new therapeutic food boosts gut microbes, healthy development. Retrieved Jul. 14, 2019, from https://medicine.wustl.edu/news/for-malnourished-children-new-type-of-therapy-boosts-gut-microbes-healthy-development/

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