老鼠(也许还有人)可能会根据肠道细菌设定的每日昼夜节律来代谢食物。

 

研究人员报告说，小鼠小肠中的微生物有节奏地指示脂肪何时被排列在器官周围的细胞吸收。这项研究发表在9月27日的《科学》杂志上，详细描述了肠道微生物如何影响宿主的新陈代谢。如果这一发现能推广到人们身上，这项研究可能会提供线索，解释为什么时差和夜班工作会打乱昼夜节律，沐鸣平台登陆常常导致肥胖、糖尿病和其他健康问题。

 

研究人员知道，人类细胞有一个分子时钟，可以计时24小时的昼夜代谢周期(SN: 11/8/18)，而结肠内的肠道微生物会跟随宿主的生物节拍(SN: 10/16/14)。但新的研究发现，至少在小肠中，微生物可以为宿主细胞设定节律。这项工作是在老鼠身上完成的，但这个过程可能在人身上也同样有效。

 

亚特兰大乔治亚州立大学的微生物学家和免疫学家Andrew Gewirtz没有参与这项研究，他说，这项新研究“帮助我们认识到微生物群的代谢和它们的哺乳动物宿主是多么的相互关联”。“这是一种非常亲密的互动，调节像昼夜节律这样基本的东西，这相当令人惊讶。”

 

此前的研究发现，在没有任何微生物的环境下饲养的老鼠不会超重，即使喂食高脂肪食物也是如此。达拉斯德克萨斯大学西南医学中心的微生物学家Lora Hooper和他的同事们发现，这些“无菌老鼠”的小肠细胞也缺乏强烈的昼夜节律。然而，给小鼠肠道细菌可以增强这些昼夜节律。目前还不清楚哪些微生物对这一过程很重要。

 

微生物设定代谢节拍的关键是一种叫做组蛋白脱乙酰酶3 (histone deacetylase 3，简称HDAC3)的蛋白质。研究人员发现，缺乏小肠细胞蛋白质的老鼠吃垃圾食品也不会增加体重。这些发现表明肠道微生物和HDAC3之间存在联系。

 

HDAC3通过从组蛋白中剥离乙酰基分子，帮助调节基因的开启和关闭。组蛋白形成绕着DNA在细胞内缠绕的线轴。在组蛋白中添加(或去除)乙酰基或其他分子——通常称为表观遗传标记——会影响DNA线轴的紧密程度。更紧密缠绕的DNA更不易被激活基因的蛋白质所接近。在有肠道细菌的小鼠中，沐鸣平台登陆线路组蛋白乙酰化标记以每日节律循环。但无菌小鼠缺乏强健的循环，这表明微生物通过计时HDAC3的活性来控制宿主细胞的昼夜节律。

 

Hooper的实验室还发现了HDAC3的一个新功能，它不需要从组蛋白中提取乙酰基。这种蛋白质与另一种叫做雌激素相关受体的蛋白质有节奏地相互作用，从而激活一个与脂肪吸收有关的基因。该基因Cd36产生一种脂肪酸转运蛋白，使小肠内壁细胞吸收脂肪(SN: 7/25/19)。

 

Hooper和他的同事们还不清楚微生物是如何控制HDAC3何时与其他蛋白质结合来控制基因活性的。例如，微生物可能产生控制HDAC3活性的蛋白质或小分子。或者可能与肠道微生物接触会触发肠道细胞刺激HDAC3发挥作用。

 

胡珀说:“这是一个非常复杂的系统，我们不可能把一切都弄清楚。”

 

加州拉霍亚索尔克生物研究所(Salk Institute for Biological Studies)的昼夜节律生物学家萨奇达南达潘达(Satchidananda Panda)说，有一点很清楚，细菌对生物钟与代谢机制的结合是必要的。他把肠道细胞的昼夜节律比作一辆在红绿灯前空载的汽车。发动机在运转，但轮子没有转动。细菌以某种方式参与了HDAC3的传输，与时钟和日程活动相互作用，比如脂肪吸收。

 

如果这一过程也发生在人类身上，那么到遥远的地方旅行或不规律的工作时间打乱了微生物的昼夜节律，也可能会打乱新陈代谢，导致人们从食物中提取出比平时更多的脂肪，从而导致体重增加。潘达说，未来对肠道微生物如何影响宿主生物钟的研究，可能最终会开发出药物来抵消时差和倒班工作对健康的负面影响。