短期膳食能量负荷对粪便血清素、肠道微生物色氨酸酶和能量吸收的动态影响

亮点

这项探索性随机交叉试验揭示了短期能量摄入变化明显影响粪便血清素浓度、肠道微生物来源的色氨酸酶基因丰度以及包括可消化能和代谢能在内的能量吸收参数。具体而言，过量进食与能量吸收增加相关，但矛盾的是粪便血清素和色氨酸酶减少，这与拟杆菌属（Bacteroides）的丰度呈正相关。这些发现表明了一种动态的肠道-微生物-宿主相互作用，调节能量利用，可能对代谢调控有影响。

研究背景和疾病负担

代谢障碍（包括肥胖及其相关并发症）的日益普遍性，强调了了解膳食能量摄入如何影响宿主代谢的重要性。肠道微生物组以其丰富的酶谱，尤其是参与色氨酸代谢的色氨酸酶活性，已成为宿主能量稳态的关键调节因子。血清素主要在肠道中产生，影响肠道运动、分泌和全身代谢过程。然而，短期膳食能量波动、肠道微生物酶功能（色氨酸酶）、粪便血清素水平和能量吸收之间的关系尚未明确。阐明这些机制联系对于揭示营养调节和代谢健康的基本途径至关重要。

研究设计

这项探索性随机交叉试验涉及15名健康成年参与者，他们接受了三种不同的8天膳食干预：过量进食、对照（等热量）和限制进食。该研究系统地改变了能量摄入，以调查其对肠道微生物功能、粪便血清素和能量吸收的急性影响。通过饮食摄入和粪便输出的弹式量热法分析来量化能量吸收，测量可消化能和代谢能。使用液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）测定粪便血清素浓度。通过16S rRNA基因测序和宏基因组鸟枪法分析评估肠道微生物组成和功能基因丰度，包括色氨酸酶（EC 4.1.99.1）基因。还测量了肠道传输时间作为可能影响吸收的生理参数。

关键发现

能量吸收和传输时间： 过量进食显著增加了可消化能（p < 0.001），其值明显高于对照条件（p = 0.032）。过量进食时，代谢能和肠道传输时间也显著增加，与对照（代谢能：p = 0.001；肠道传输时间：p = 0.014）和限制进食（代谢能：p < 0.001；肠道传输时间：p = 0.004）条件相比，这表明在高能量负荷下，营养物质的吸收增强，同时胃肠动力或传输动力学发生改变。

粪便血清素水平： 与预期相反，过量进食条件下的粪便血清素浓度显著低于对照（p = 0.005）和限制进食（p < 0.001）条件。这种反向关系表明，在能量过剩状态下，肠道中的血清素信号传导可能下调，可能是为了调节肠道运动、分泌或吸收效率的一种适应机制。

色氨酸酶基因丰度和微生物组组成： 色氨酸酶基因丰度在不同膳食状态下显著变化（p = 0.0019），过量进食时丰度较低，与限制进食相比（p = 0.001）。这种酶在微生物降解色氨酸生成吲哚及相关代谢物过程中起关键作用，与所有条件下的拟杆菌属（Bacteroides）丰度呈强相关（相关系数 0.696–0.896），突显了对膳食能量负荷响应的微生物在色氨酸代谢中的关键贡献者。

血清素与能量吸收的关系： 对个体内部变异性的分析显示，粪便血清素水平与可消化能吸收之间存在显著负相关（β = –0.077，p = 0.019），表明血清素减少可能促进从饮食中提取更多能量。

总体而言，这些结果表明，短期能量摄入以协调的方式调节肠道微生物组功能和宿主生化输出，可以影响营养物质的吸收效率。

专家评论

这项研究提供了令人信服的证据，证明了膳食摄入、肠道微生物酶活性和宿主代谢信号分子（如血清素）之间快速而动态的相互作用。尽管能量摄入增加，但粪便血清素水平下降，挑战了简单模型中认为食物摄入与肠道血清素生成直接相关的假设。相反，它支持了一种适应机制的假设，可能旨在优化在热量过剩状态下的营养吸收。

过量进食状态下色氨酸酶基因丰度降低可能反映了微生物群落结构或代谢优先级的变化，可能更倾向于依赖较少色氨酸代谢的能量提取途径。色氨酸酶与拟杆菌属之间的强相关性符合先前文献中强调这一属在营养加工中的多功能性的观点。

局限性： 小样本量限制了普遍性，且短干预期无法理解长期适应。此外，粪便测量仅代表远端肠道过程，可能无法完全捕捉近端肠道事件。研究设计未能建立因果关系，但展示了重要的关联模式，值得进一步进行机制研究。

结论

短期膳食能量负荷显著影响粪便血清素水平、肠道微生物色氨酸酶基因丰度和能量吸收指标，表明了一个紧密相连的网络，调节宿主代谢。这些发现为调节肠道微生物组和血清素通路作为潜在治疗靶点，以优化能量平衡和代谢健康开辟了途径。未来的研究应探讨纵向效应、多样人群和整合微生物代谢与宿主生理的机制途径。

参考文献

Yoshimura E, Hamada Y, Hatamoto Y, Nakagata T, Nanri H, Nakayama Y, Iwasaka C, Hayashi T, Suzuki I, Ando T, Ishikawa-Takata K, Tanaka S, Ono R, Araki M, Kawashima H, Chen YA, Park J, Hosomi K, Mizuguchi K, Kunisawa J, Miyachi M. 短期膳食干预对粪便血清素、肠道微生物来源的色氨酸酶和能量吸收的影响：一项随机交叉试验的探索性分析。Gut Microbes. 2025 年 12 月；17(1)：2514137。doi: 10.1080/19490976.2025.2514137。Epub 2025 年 6 月 9 日。PMID: 40488306；PMCID: PMC12150606。