我和我的菌群
趙立平把中醫(yī)藥和腸道菌群研究結(jié)合起來與肥胖斗爭
咋一聽,這是個司空見慣的故事。1987年,趙立平與大學同學籍劉英結(jié)婚,2年后,他們有了一個女兒,同時趙立平也獲得了博士學位。新的生活壓力和豐美的食物(籍女士廚藝絕佳),令這位微生物學家開始發(fā)胖。到1990年趙立平在中國太原市的山西農(nóng)科院建立環(huán)境微生物實驗室時,他的體重已經(jīng)從60千克增加到80千克。后來,他在康奈爾大學做博士后研究時又漲了10千克。當他1995年回國時,大腹便便的腰圍已經(jīng)達110厘米,而且健康狀況也比較糟糕
不過,2004年,趙立平讀到的一篇論文最終改變了他的研究生涯,也重塑了他的體型。 Jeffery I. Gordon是美國密蘇里州圣路易斯市華盛頓大學醫(yī)學院的微生物學家,他的課題組發(fā)現(xiàn)小鼠肥胖表型和腸道菌群可能存在一定的關(guān)系(
Science, 29 May 2009, p.1136)。趙立平非常好奇這種關(guān)系是否也適用于自己,下決心去搞清楚這個問題。2006年,趙立平開始采用一種含有
山藥和
苦瓜的食療,這些益生元食物可被腸道細菌發(fā)酵并具有益生作用,據(jù)信可以調(diào)節(jié)消化系統(tǒng)中的細菌組成。趙立平在觀察體重變化的同時,也監(jiān)測了自己腸道內(nèi)微生物的變化。他用添加這種益生元的全糧食品作為日常飲食,2年內(nèi)減重20千克。與此同時,他的血壓、心率和膽固醇水平都有下降。一種具有抗炎作用的細菌——
Faecalibacterium prausnitzii大量繁殖,從原來幾乎無法檢測到的水平上升到占所有腸道菌總量的14.5%。這些變化促使他開始關(guān)注微生物在他的身體蛻變中的作用。一開始的研究在小鼠身上進行,但很快就把他的研究發(fā)展到臨床人群中。
趙立平現(xiàn)在是一位身材清瘦,留著平頂頭發(fā),方形下巴,說話輕聲細語的49歲中年人,意想不到地成為這一新興領(lǐng)域的代言人。2010年,應(yīng)華盛頓大學George Weinstock教授邀請,他在密蘇里州圣路易斯召開的人類微生物組計劃會議上講述了他的減肥故事。Gordon的研究掀起了一陣新的研究熱潮,但是Weinstock認為科學家們已經(jīng)陷進了某種僵局。Weinstock認為這個領(lǐng)域已經(jīng)在一定程度上被沿著同一路線的早期研究者給標準化了,趙立平一頭扎進來用自己做實驗的勇氣為這個領(lǐng)域“帶來了一股清新空氣”。更令人耳目一新的是趙立平在做報告時的客觀、求實和科學的態(tài)度,Weinstock 說,“他一點兒也沒有陷入宗教般的狂熱之中”。
作為設(shè)在
上海交通大學的上海系統(tǒng)生物醫(yī)學研究中心副主任,趙立平主持著幾項臨床研究,觀察菌群在糖尿病、肥胖和肝臟疾病中的作用。但是他的工作仍然是植根于他的個人體驗基礎(chǔ)上的,朋友們說這反映了他通過親身嘗試來探索未知領(lǐng)域的決心。趙立平說,“作為一名科學家,就是要去研究那些幾乎沒什么證據(jù)但是你相信很重要的問題!
因果關(guān)系的不確定是困擾該領(lǐng)域的一個主要難題。例如,很難證明是
F. prausnitzii的上升促進了趙立平的減肥,而不是他的腸道健康以后促進了這個菌的生長。美國國立衛(wèi)生研究院人類微生物組項目主任Lita Proctor教授說,“菌群可能在其中發(fā)揮了某種作用的疾病的名單越來越長,但問題是我們只能觀察菌群和疾病的關(guān)聯(lián),卻還無法開展因果關(guān)系研究。我們現(xiàn)在目睹的是一個新興領(lǐng)域,正試圖搞明白“好吧,什么才是理解這些數(shù)據(jù)的正確方法呀?”
對趙立平而言,他的方法是把他的減肥計劃推廣到數(shù)以百計的受試者,并通過動物試驗確定在人體內(nèi)需要監(jiān)控的代謝指標。他的最終目標是在菌群和肥胖之間建立起分子通路。他的電子郵件簽名寫著“EAT RIGHT, KEEP FIT, LIVE LONG, DIE QUICK(平衡膳食,調(diào)理菌群,頤養(yǎng)天年,無疾而終)”。
對傳統(tǒng)中藥信心滿滿 趙立平在山西省一個小城鎮(zhèn)長大,像多數(shù)出生在文革前夕的中國人一樣,他和兩個弟弟的成長環(huán)境是比較艱苦的。他的父親是一名高中教師,而他的母親則在一家紡織廠工作,兩位都是傳統(tǒng)中藥的堅定信仰者。趙立平回憶,他曾看見父親一天兩次服用一種刺鼻的濃黑的中藥湯汁來試圖對抗乙肝感染。
作為一個優(yōu)秀的學生,趙立平獲得了南京農(nóng)業(yè)大學的分子植物病理學博士學位。當他回到山西開始創(chuàng)建他的實驗室的時候,他的關(guān)注焦點是使用有益菌來抑制植物的病原菌。一天一個研究動物疾病的科學家同事向趙立平尋求一些芽孢桿菌菌株。這位同事解釋說,這種菌可以幫助控制豬和小雞的
腹瀉。趙立平一下子意識到,他可能坐擁一批不但能預防植物病害,可能也能控制人的感染的細菌。
整個20世紀90年代,趙立平不時地做一點豬菌群的研究,探索著用一些菌株控制豬的感染的想法,但卻得不到像樣的經(jīng)費支持。而與此同時,他家庭成員的健康正面臨著崩潰。他體重超標的父親的膽固醇水平大幅增高,老人家接連遭受2次中風的打擊。趙立平的兩個兄弟同樣也開始發(fā)胖。幾年以后,Gordon的一篇文章為趙立平提供了 “第一個證明腸道菌群可以直接調(diào)節(jié)宿主基因的證據(jù)”。因此,這可能就是菌群影響健康的途徑。他開始把自己當做豚鼠進行實驗,試圖找到參與體重增加的細菌。不過,早期的菌群研究提出的問題比回答的問題多得多,想從一般人腸道里生活的數(shù)以百計的細菌中找到參與肥胖的種類可不是一件簡單的事情。
趙立平開始鉆研關(guān)于減肥的西方文獻,但是采用一種低卡路里的飲食和高強度的運動來減肥令他不能接受!霸跔I養(yǎng)上,你的身體處于一種壓力之下,”他說:“然后你在這種壓力上再加上體力的消耗。也許你可以減輕你的體重,但是對你的健康也可能造成了損害!壁w立平想起了他父親吃過的中草藥,轉(zhuǎn)向傳統(tǒng)醫(yī)學的文獻尋求啟迪。
在幾千年前的中國皇宮里就有肥胖與糖尿病患者。保留在醫(yī)藥古籍中的古代醫(yī)生的診斷與趙立平產(chǎn)生了共鳴。傳統(tǒng)的醫(yī)生“對腸道菌群沒有一點概念”,趙教授說:“但是他們認為腸道是人體健康的基礎(chǔ)——并且這個基礎(chǔ)是在出生后獲得的。”(腸道菌群是后天獲得的,越來越多的證據(jù)表明,從小在腸道內(nèi)定植合理的菌群對之后的身體健康有著重要的作用。)
趙立平把他的希望寄托在中國常見的具有藥用價值的蔬菜上,揣測增加這些溫和的食物的用量不會有什么傷害。在他的腰圍減小的同時,他開始了動物實驗,試圖找出與肥胖相關(guān)的細菌。在發(fā)表在4月12號
ISME Journal上的一篇論文里,趙立平課題組將小鼠的飲食結(jié)構(gòu)從正常飼料轉(zhuǎn)變?yōu)楦咧暳,之后又將高脂飼料變回正常飼料,與此同時,每隔兩周監(jiān)測腸道菌群的變化。他們發(fā)現(xiàn)大約有80種細菌與飲食的改變相關(guān)。更令人鼓舞的是,高脂飼料對菌群的破壞是完全可逆的。
但是利用小鼠來研究微生物組有它的局限性(見附頁,P.1250)。為了證實人體微生物組與肥胖之間的聯(lián)系,趙立平知道他需要直接研究人,“當時,這個僅有的成功例子就是我自己,”他回憶到。
人群試驗2009年,趙立平教授回到太原開始了他的第一個臨床試驗。到那時,需要治療的肥胖患者已經(jīng)隨處可見了。在中國,肥胖發(fā)生率急劇上升,在兒童中尤其嚴重。而且中國成人糖尿病的發(fā)病率已經(jīng)由1980年的1%左右急劇增長到現(xiàn)在的近10%。在訪問了幾家當?shù)蒯t(yī)院后,趙立平招募了123名體質(zhì)指數(shù)大于30的臨床肥胖志愿者。
趙立平為這些病人量身定做了為期9周嚴格膳食干預方案,包括提供益生元食物,定期進行體格檢查和檢測腸道菌群及代謝指標。9周后,趙立平對90名志愿者進行了后續(xù)14周的跟蹤觀察。在研究中患者提供了3個時間點的糞便樣品,供趙教授課題組進行腸道菌群的評估。
93名完成試驗的志愿者減重中位值約7kg。與此同時,這些人腸道內(nèi)產(chǎn)毒素細菌減少,有益細菌增多。受到這次試驗結(jié)果的鼓舞,趙立平在中國另外3個城市開展了總數(shù)達1000人以上的人群試驗。
趙立平希望通過這些研究能建立一個解釋代謝變化的分子通路。比利時天主教魯汶大學的Patrice D. Cani等人的研究已經(jīng)清楚闡明了在食用高脂飼料的動物腸道內(nèi)出現(xiàn)的一系列變化。有害細菌數(shù)量上升,腸道屏障通透性增加,導致進入血液的內(nèi)毒素增加。增加的內(nèi)毒素進而誘發(fā)炎癥,促使宿主代謝能力下降。趙立平希望受試者采用健康飲食后,代謝能力能夠得到恢復。他說,“所有的指標應(yīng)該會出現(xiàn)預期的變化!
對夸大中藥作用的做法,中國科學研究院北京微生物研究所的朱寶利研究員是個直言不諱的批評者,他不以為然地說:“不就是些草藥嗎”。但是,他認為趙立平的研究鼓舞人心。他提到一個在北京進行的關(guān)于腸道菌群和糖尿病的研究,在這個研究中,趙立平和同事們正在從中尋找與糖尿病相關(guān)的標志性細菌。朱寶利認為,“趙立平走的方向是對的。”
美國科羅拉多大學的微生物學家Rob Knight說,“其它樣本量較小的關(guān)于飲食和微生物組的研究,已經(jīng)獲得了寶貴的具有統(tǒng)計學意義的結(jié)果”。因此,他非常期待趙立平的臨床研究成果的發(fā)表。
涉及益生元的大規(guī)模臨床試驗,像趙立平在做的那些臨床試驗,可能更容易在中國進行。某天晚上在上海市中心一家人聲鼎沸的素食餐廳,讓趙立平大快朵頤的晚飯是海草、
銀杏、竹筍、
芥藍和山藥。趙立平說,當中國志愿者被要求食用這些植物時,他們會毫不猶豫。當我們把食物列表給志愿者看時,他們會說‘這些是吃的,完全沒有問題!’。”但是在歐洲和北美,這些原料還未被當做食品或者藥物接受,“所以如果想在這些國家開展臨床試驗仍需要很多年”,趙立平接著說道。
但是趙立平的目光不止盯在亞洲,他預測這項工作將比通過基因組研究更富有成效地獲得的抗肥胖藥物。Weinstock教授同樣認為趙教授研究的最終目標是為了找到活性物質(zhì),而不是為了證明“你可以僅用某些蟲子糞便中的菌類治病”。在趙立平的實驗室,Weinstock說,“西方還原論科學與傳統(tǒng)中藥相遇了!
趙立平課題組正在研究一種有希望抗肥胖的化合物——
小檗堿,它是中藥
黃連的一種主要藥理成分。他們發(fā)現(xiàn),當給大鼠飼喂高脂飼料的同時給予
小檗堿,大鼠并不會出現(xiàn)肥胖或者
胰島素抵抗,而且發(fā)現(xiàn)大鼠腸道內(nèi)眾多已知的病原菌數(shù)量下降,而有些有益細菌數(shù)量上升。其它豐度發(fā)生變化的細菌還未有相關(guān)報道,因此我們并不知道它們是否與健康狀況相關(guān)。但是趙立平馬上就警告說,這項工作不會產(chǎn)生一種萬能藥。他還說,“我們還需進行更多的工作來說明小檗堿是如何來影響營養(yǎng)和代謝的!
如果有一天趙立平證明了腸道菌群與健康之間的聯(lián)系,那將是個悲喜交加的事情。趙立平的父親受著炎癥和中風后遺癥的折磨,這位老人正處在他人生的最后時光。趙立平在過去的幾個月里常常守在老人的床邊。“我希望我能夠早10年開始這項研究,”他說。“如果這樣的話我就能夠幫到我的父親了!
徐佳 劉濤翻譯 趙立平校對
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