20世纪70年代风靡全球的科幻电影《异形》中，长相清奇的外星生物感染了一名星际运输舰上的船员，将这个倒霉蛋杀死后破体而出。这样的情节给许多80后的幼小心灵投下了巨大的阴影，也给许多科幻作家带来了丰富的创作素材——被体内的生物从里到外吃掉，想想都觉得很可怕很科幻对不对？这也许并不仅仅是作家们大开脑洞的产物。发表在《细胞》杂志上的一项新研究告诉我们，平常吃饭不注意，我们体内的小生灵也可能对我们“下口”。
当食物营养均衡被破坏后，肠道菌群构成会发生变化。密歇根大学医学院的生物学家埃里克·马尔滕斯（Eric C. Martens）等人发现，在缺少膳食纤维的“饥荒”状态下，某些肠道菌会对肠道内的黏液层“磨刀霍霍”。利用小鼠模型，研究者观察到了这些印象中与人无害的肠道菌的“另一面”。
膳食纤维不够吃，肠道菌群会怎样？
我们的肠道内含有大量的共生菌，它们能帮助我们更好地分解食物吸收营养，也在多个不同方面影响着人体健康。对于大多数肠道细菌来说，充足的膳食纤维是它们的功能得以正常发挥的关键。要是膳食纤维没有了，肠道菌群会发生怎样的变化？研究者往无菌小鼠肠道中引入了14种已测序的人类肠道菌，并让它们在小鼠肠道中进行了为期两周的适应，再观察这些菌群在小鼠经历食谱变化时的反应。
研究者设置了三组不同的小鼠食谱，并通过粪便检测肠道菌群的种类分布：
- 富含膳食纤维（Fiber-rich, FR）组；
- 膳食纤维移除（Fiber-free, FF）组；
- 益生质（Prebiotic, PR）组。
三组不同食谱的主要成分及比例（维生素、矿物质等成分未标示）。富含膳食纤维组（FR diet）主要成分包括淀粉和单糖（蓝色），纤维（玉米、大豆、小麦、燕麦和紫花苜蓿；绿色），蛋白质（土黄色），脂肪（黑色）。膳食纤维移除组（FF diet）主要成分包括：葡萄糖（蓝色），不可被菌群降解的纤维素（红色），蛋白质（土黄色），脂肪（黑色）。益生质组（Pre diet）则比膳食纤维移除组多出玉米淀粉（紫色）和益生质混合物（黑框），益生质混合物中包含等比例的14种难被宿主消化的多糖。图片来源：参考文献[1]
在饮食改变后大约两天，膳食纤维去除组的小鼠，肠道菌群就出现了明显的变化。其中4种细菌对饮食改变表现得尤为敏感。其中，在膳食纤维丰富时，丰度占比分别可达约20%的两种细菌——Bacteroides ovatus和Eubacterium rectale——在膳食纤维被去除后丰度猛烈减少。相对地，Akkermansia muciniphila和Bacteroides caccae两种细菌的比例却显著上升。食谱换成益生质的小鼠，肠道菌群也出现了一致的变化状况。
进食不同食谱时，小鼠粪便中14种人类肠道菌的丰度变化情况。可见在膳食纤维的供应停止后，A. muciniphila（暗红色）和B. caccae（紫色）丰度占比迅速上升，并长时间保持稳定。图片来源：参考文献[1]
另觅食材的肠道菌，吃的竟是……
为什么A. muciniphila和B. caccae这两种肠道菌在缺乏膳食纤维的情况下，日子反而过得更好了？研究者发现，在膳食纤维去除组和益生质组小鼠的粪便中，黏液素降解酶的活性出现了上升情况，而导致这一现象的“罪魁祸首”就是上述两种细菌。
原来，为了保证肠道细菌待在该待的位置，肠道上皮与这些细菌的“住处”之间会有一层黏液屏障，这层黏液能够防止肠道细菌经由上皮细胞进入血管。一般来说，肠道菌多数是奉公守法的好“租客”，并不会对这层屏障动什么歪心思。但没这么做，不代表它们没有这个能力：在基因组已经被测序的肠道菌中，至少有四种细菌能够通过“吃掉”黏液屏障中高度糖基化的蛋白质——黏液素——来生存。A. muciniphila和B. caccae正是其中两种。在别的肠道菌苦于没有膳食纤维可吃时，这两种细菌就能够迅速调整自己的生存策略，趁机扩大自己的种群规模。
能够降解黏液素的菌群数量增多了，对应的降解酶活也增强了，研究者随即将关注点投向了小鼠肠道黏液层厚度上。利用荧光标记和组织染色手段，他们发现长期缺乏膳食纤维的小鼠，黏液层厚度从原来的约110微米减少到了约20微米！后续实验表明，即使只是每隔一天吃不含有膳食纤维的食物，黏液层厚度也会减少一半之多。
饮食中缺乏膳食纤维（FF）的小鼠黏液层（上图黑色箭头下图白色箭头标记处）与饮食中膳食纤维丰富的小鼠（FR）相比显著变薄。比例尺为100μm。图片来源：参考文献[1]
黏液屏障受损的后果
在肠道免疫系统中，黏液屏障是肠上皮细胞抵御病原菌的一道“长城”。当这道“长城”受损后，肠道内的病原便能够更容易地进入血液。马尔滕斯等人证实，在黏液层受损后，一种必须穿过肠上皮才具有毒性的细菌——鼠柠檬酸杆菌（Citrobacter rodentium）能够对小鼠造成更大的伤害，甚至致命。而显微镜的图片也显示，变薄的黏液层使得这些致命的细菌能够毫无阻碍地抵达肠上皮细胞。
另一个严重的问题是，黏液层厚度的减少和细菌活动的异常将会导致细胞通讯的紊乱，最终造成器官功能的减弱：膳食纤维去除组和益生质组的小鼠，结肠长度都发生了缩短。在这种情况下，消化功能的受损几乎是无可避免的。
在膳食纤维充足（左）的情况下，肠道菌群能够更好地维持健康的稳态。健康的黏液层能够阻止病原入侵，提高机体的免疫力。而膳食纤维的缺乏（右）将使肠道菌群构成发生变化，黏液层遭到破坏，增大病原入侵的风险。图例：降解膳食纤维的肠道菌（绿色）；降解黏液的肠道菌（红色）；黏液部的病原体（黄色）。图片来源：参考文献[1]
相比在小鼠模型体内那区区14种肠道菌，人类具有更为复杂的肠道菌群和更为强大的免疫系统。对于食谱变化，我们的耐受度也许会更强些。但这些发生在小鼠模型身上的变化无疑能被视为一个提醒：如果对日常饮食不加注意，膳食纤维缺乏的情况在生活中长期持续下去，我们肠道菌群的正常运作也同样可能缓慢崩塌，进而危害整个机体的健康。还在坚信自己拥有钢肠铁胃的人们或许应当敲响警钟了，你吃下的每一顿饭都不只是你在享用，无视肠道里微生物们的需求，也许终有一天会不得不为自己的行为埋单。
（编辑：Calo）
参考文献：
- Desai, Mahesh S., et al. "A Dietary Fiber-Deprived Gut Microbiota Degrades the Colonic Mucus Barrier and Enhances Pathogen Susceptibility." Cell 167.5 (2016): 1339-1353.