近年來，腸道菌群的研究越來越熱。腸道菌群與宿主共生，通過各種機(jī)制影響宿主新陳代謝功能，而且在動(dòng)物和人體代謝產(chǎn)熱過程中發(fā)揮重要作用，是代謝和疾病領(lǐng)域一個(gè)重要的研究方向，它不僅是醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)研究，而且跟我們的生活健康密切相關(guān)。以腸道菌群為研究靶點(diǎn)，大量的果蠅、嚙齒類動(dòng)物、人體等相關(guān)的腸道菌群與代謝健康、能量平衡的研究被大量報(bào)道。

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典型案例1

The role of gut microbiota in the regulation of standard metabolic rate in female Periplaneta americana[J]. Ayayee P A , Agustí Muñoz-Garcia, Keeney G D . Peerj, 2018, 6(4).

對(duì)昆蟲來說，標(biāo)準(zhǔn)代謝率（SMR）反映了其能量使用（用于生長(zhǎng)和繁殖）與能量消耗（覓食、進(jìn)食和消化）之間的平衡。美國(guó)肯特州立大學(xué)、俄亥俄州立大學(xué)生物科學(xué)系科研人員研究了飲食和抗生素對(duì)美洲大蠊SMR的同步影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn)高蛋白碳水化合物比率喂養(yǎng)下細(xì)菌負(fù)荷的嚴(yán)重減少減少了兩種飲食類型中雌性的SMR，認(rèn)為腸道細(xì)菌在不同飲食條件下作為宿主能量消耗調(diào)節(jié)器有巨大的市場(chǎng)潛力。文中代謝實(shí)驗(yàn)通過SSI昆蟲呼吸代謝系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量，該系統(tǒng)不僅能夠測(cè)量各代謝參數(shù)，還可以對(duì)原始代謝曲線進(jìn)行實(shí)時(shí)分析處理。

標(biāo)準(zhǔn)代謝率（SMR）和腸道微生物負(fù)荷相關(guān)性

類似關(guān)于果蠅腸道菌群的案例見：Dietary nutrient balance shapes phenotypic traits of Drosophila melanogaster in interaction with gut microbiota. Y.Henry, J.Overgaard, H.Colinet. Physiology Part A: Molecular & Integrative Physiology, 2020,Volume 241. 文中實(shí)驗(yàn)使用16通道果蠅呼吸代謝系統(tǒng)研究果蠅的呼吸代謝情況，如下圖呼吸商、氧氣消耗等。

典型案例2

The gut microbiome regulates host glucose homeostasis via peripheral serotonin. Alyce M. Martin, et al. PNAS. 2019,September 16.

腸道微生物群是宿主代謝方面的既定調(diào)節(jié)器，如葡萄糖處理。盡管腸道微生物群對(duì)宿主葡萄糖平衡產(chǎn)生了已知影響，但基本機(jī)制尚不清楚。澳大利亞弗林德斯大學(xué)健康與醫(yī)學(xué)研究所，加拿大McMaster University醫(yī)學(xué)院內(nèi)分泌學(xué)和代謝系，代謝、肥胖和糖尿病研究中心等機(jī)構(gòu)研究認(rèn)為，失調(diào)的腸道菌群可通過分泌次級(jí)膽汁酸刺激腸壁細(xì)胞大量分泌“快樂激素”——5-羥色胺，進(jìn)而升高血糖水平，使得患者長(zhǎng)期處于持續(xù)高血糖狀態(tài)，導(dǎo)致糖尿病的發(fā)生發(fā)展。文中能量消耗試驗(yàn)是通過SSI實(shí)驗(yàn)動(dòng)物能量代謝監(jiān)測(cè)系統(tǒng)評(píng)估小鼠氧氣消耗，二氧化碳排放、氣體呼吸交換比率和休息能量消耗。

能量消耗（D）和呼吸交換比率（E）

典型案例3

Secretin-Activated Brown Fat Mediates Prandial Thermogenesis to Induce Satiation. Yongguo Li, Katharina Schnabl, Sarah-Madeleine Gabler, et al. Cell. 2018,November 15.

腸道、大腦和褐色脂肪組織之間存在聯(lián)系，褐色脂肪不僅僅是身體加熱器。德國(guó)慕尼黑工業(yè)大學(xué)分子營(yíng)養(yǎng)醫(yī)學(xué)系等研究發(fā)現(xiàn)促胰液素激活的棕色脂肪組織可通過介導(dǎo)進(jìn)食產(chǎn)熱來調(diào)控飽食感，揭示了腸道-棕色脂肪組織-腦軸的攝食調(diào)控新通路，這項(xiàng)研究有助于通過分泌素靶向褐色脂肪或許對(duì)肥胖癥預(yù)防和代謝疾病營(yíng)養(yǎng)或藥理學(xué)干預(yù)指出希望。

文中實(shí)驗(yàn)使用了便攜式Foxbox便攜式能量代謝儀與MSOT多光譜光聲系統(tǒng)連用，詳細(xì)使用方法參見：Non-invasive Measurement of Brown Fat Metabolism Based on Optoacoustic Imaging of Hemoglobin Gradients[J]. Reber J , Karlas A , et al. Cell Metabolism, 2018.

典型案例4

Incorporation of Therapeutically Modified Bacteria into Gut Microbiota Prevents Obesity[J]. Zhongyi Chen, Lilu Guo, Yongqin Zhang et al. J Clin Invest, 2014,124(8):3391-3406.

代謝紊亂包括肥胖、糖尿病和心血管等疾病已成多發(fā)態(tài)勢(shì)。腸道微生物群組合是導(dǎo)致個(gè)體易患這些疾病的一個(gè)重要因素。因而改變一個(gè)人的微生物群可以改善疾病。美國(guó)范德堡大學(xué)等研究人員通過SSI實(shí)驗(yàn)動(dòng)物能量代謝監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)研究表示，細(xì)菌可以在腸道中產(chǎn)生一種治療性的化合物，抑制小鼠體重增加、胰島素耐受性以及其它高脂肪飲食所引發(fā)的副作用。

pNAPE-EcN轉(zhuǎn)基因菌株處理對(duì)小鼠能量消耗的影響

因各種因素導(dǎo)致肥胖并使用SSI模塊式能量代謝系統(tǒng)或Foxbox便攜式能量代謝儀的部分案例如下：

Myricetin-induced brown adipose tissue activation prevents obesity and insulin resistance in db/db mice. Hu T, Yuan X, Wei G, Luo H,Lee HJ, Jin W. Eur J Nutr. 2018.57(1):391-403（中國(guó)科學(xué)院動(dòng)物研究所）.

A high salt diet inhibits obesity and delays puberty in the female rat[J]. Pitynski-Miller D , Ross M , Schmill M , et al. International Journal of Obesity, 2017.

Short-term menthol treatment promotes persistent thermogenesis without induction of compensatory food consumption in Wistar rats: implications for obesity control[J]. Lillo V R C , Motzko-Soares A C P , Marchini A G , et al. Journal of Applied Physiology, 2018, 124(3):672-683.

典型案例5

Microbial regulation of organismal energy homeostasis. Cani, P.D., Van Hul, M., Lefort, C. et al. Nat Metab, 2019 (1)34–46.

比利時(shí)布魯塞爾盧萬大學(xué)代謝和營(yíng)養(yǎng)研究小組、盧萬藥物研究所等在Nature上詳細(xì)介紹了腸道菌群與能量平衡的相關(guān)研究。腸道微生物重要的細(xì)菌代謝物短鏈脂肪酸作為宿主細(xì)胞的直接能量來源，刺激腸道激素的產(chǎn)生，并在大腦中作用調(diào)節(jié)食物的攝入量。其他微生物代謝物通過影響熱生成和脂肪組織褐化來影響個(gè)體的能量消耗。文中呈現(xiàn)了大量證據(jù)，支持腸道微生物群療法可用于調(diào)節(jié)宿主代謝健康，期望在不久的將來看到此類方法從實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)移到臨床應(yīng)用中。

需要說明的是，關(guān)于人體能量平衡（能量代謝）測(cè)量技術(shù)請(qǐng)參見易科泰能量代謝艙或人體能量代謝監(jiān)測(cè)系統(tǒng)介紹及案例。