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消化嘎嘣脆的小動物，首先會聽到它堅硬的保護層---外骨骼(exoskeleton)---的碾磨聲。在一項新的研究中，來自美國華盛頓大學圣路易斯醫(yī)學院的研究人員在小鼠中發(fā)現(xiàn)雖然聽起來很難吃，但是這種堅硬的外骨骼可能對它們的代謝有好處。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在2023年9月8日的Science期刊上，論文標題為“A type 2 immune circuit in the stomach controls mammalian adaptation to dietary chitin”。論文通訊作者為華盛頓大學圣路易斯醫(yī)學院病理學與免疫學助理教授Steven Van Dyken博士。

這些作者在小鼠身上發(fā)現(xiàn)消化甲殼素(chitin，昆蟲外骨骼以及蘑菇和甲殼類動物外殼中的一種豐富的膳食纖維)會調(diào)動免疫系統(tǒng)。活躍的免疫反應與體重增加較少、體脂減少和抵抗肥胖有關(guān)。

Van Dyken說，“肥胖是一種流行病。我們吃進體內(nèi)的食物對我們的生理機能和我們代謝食物的方式有著深遠的影響。我們正在根據(jù)所了解到的有關(guān)免疫系統(tǒng)如何受飲食影響的知識，研究抵制肥胖的方法。”

眾所周知，免疫系統(tǒng)可以保護人體免受各種威脅，包括細菌、病毒、過敏原甚至癌癥。在這項新的研究中，這些作者發(fā)現(xiàn)免疫系統(tǒng)的一個特殊分支---先天免疫系統(tǒng)---也參與了甲殼素(chitin，也譯為甲殼質(zhì)，幾丁質(zhì))的消化。攝入甲殼素后胃部擴張會激活一種先天性免疫反應，引發(fā)胃細胞加速產(chǎn)生能分解甲殼素的酶，即甲殼素酶(chitinase，也譯為幾丁質(zhì)酶)。值得注意的是，甲殼素不溶于水，無法溶解在液體中，因此需要酶和苛刻的酸性條件才能消化。

論文第一作者、華盛頓大學圣路易斯醫(yī)學院博士后副研究員 Do-Hyun Kim 博士在缺乏腸道細菌的無菌小鼠身上進行了實驗。他的研究結(jié)果表明，幾丁質(zhì)能在沒有細菌的情況下激活免疫反應。

Van Dyken 說，“我們認為甲殼素的消化主要依賴于宿主自身的甲殼素酶。胃細胞通過一種我們稱之為適應(adaptation)的過程來改變它們的酶輸出。但令人驚訝的是，這一過程是在沒有微生物輸入的情況下發(fā)生的，因為胃腸道中的細菌也是降解甲殼素的甲殼素酶的來源。”

這種適應是由小鼠胃部先天性免疫激活和酸性哺乳動物甲殼素酶(acidic mammalian chitinase, AMCase)協(xié)調(diào)的。甲殼素的攝入會導致小鼠胃部膨脹以及胃部簇細胞(tuft cell)和2型先天性淋巴細胞(group 2 innate lymphoid cell, ILC2)產(chǎn)生細胞因子，從而推動表達 AMCase 的產(chǎn)酶主細胞(zymogenic chief cell)的擴增，促進甲殼素的消化。雖然甲殼素會影響腸道微生物的組成，但無菌小鼠仍能保持 ILC2 介導的組織適應和胃腸道反應。在缺乏甲殼素酶的情況下，持續(xù)攝入甲殼素會導致基礎(chǔ) 2 型免疫(basal type 2 immunity)增強、脂肪含量降低以及對肥胖的抵抗力增強。這些數(shù)據(jù)確定了一種內(nèi)源性代謝回路，它通過增強消化功能，從不溶性的膳食成分中提取營養(yǎng)物。

圖片來自Science, 2023, doi:10.1126/science.add5649。

Van Dyken 指出，在有腸道細菌的小鼠中，飲食中的甲殼素改變了下胃腸道的細菌組成，這表明腸道細菌在食物離開胃部后也會適應含有甲殼素的食物。

這些作者發(fā)現(xiàn)當甲殼素激活免疫系統(tǒng)但未被降解時，對小鼠肥胖的影響最大。喂食高脂肪食物的小鼠也攝入了甲殼素。有些小鼠缺乏產(chǎn)生甲殼素酶來分解甲殼素的能力。與不吃甲殼素的小鼠和吃了但能分解甲殼素的小鼠相比，吃了甲殼素但不能分解甲殼素的小鼠體重增加最少，體脂測量值最低，而且不易肥胖。

如果小鼠能分解甲殼素，它們在代謝方面仍會受益，但它們會通過過度產(chǎn)生甲殼素酶來適應，以便從甲殼素中提取營養(yǎng)物。

Van Dyken 和他的團隊下一步計劃在人類身上跟進他們的發(fā)現(xiàn)，目標是確定是否可以在人類飲食中添加甲殼素，以幫助控制肥胖。

他說，“我們有幾種抑制胃部中甲殼素酶的方法。將這些方法與含甲殼素的食物搭配起來，可能會對代謝產(chǎn)生非常實際的益處。”

來源：中國實驗動物信息網(wǎng)、生物谷

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