【Gene 愛聊科學】為什麼整年不分季節都吃一樣的東西,會對我們的健康造成影響?

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我們的腸道微生物真的會受到我們所吃的食物的重大影響。居住在坦桑尼亞東非大裂谷的一小群狩獵採集部落哈德薩(Hazda)的族人,腸道生態系統顯示出與季節性變化的飲食相一致的強周期性。

史丹佛大學醫學院的微生物學家 Justin L. Sonnenburg 領導的一個計畫,研究了哈德薩族人的腸微生物組成或微生物群落的季節性變化,他們是世界上少數幾個傳統狩獵採集者部落,生活方式和型態在工業化的世界中,可能和我們的祖先最接近。研究結果證實,哈德薩族微生物群多樣性高於工業化國家城市居民的,相差甚大 [1]。

我們身處的環境中,飲食、天氣、社會互動、生活方式和其他一些因素都會定期地改變。因此,即使健康人的腸道的微生物組成也應該會受到自然變化的影響,可是關於這些變化瞭解不多 [2]。他們的新研究發現,哈德薩族的微生物群體季節性改變,會對應於季節性的飲食變化。飲食的變化,可能是典型現代人腸道微生物多樣性喪失的關鍵因素。

一旦人們全年開始吃相同的食物,失去季節性變化,可能意味著一些祖傳細菌種類已經喪失掉了。

1,500 多萬年來,人類與成千上萬種微生物物種共同演化,這些微生物居住在腸道的最下部,幫助我們消化我們無法自行分解的食物成分,例如膳食纖維,並製造維生素等等,還有訓練我們的免疫系統,促進腸道細胞的成熟,並保護我們的腸道,免受其他競爭性微生物物種(包括病原菌)的侵入。

大約 1 萬到 1 萬 5 千年前的農業出現,徹底改變了我們的飲食習慣。僅僅在過去的一個世紀裡,人們的生活方式發生了巨大的變化:省力的設備鼓勵久坐的生活,引進了抗生素和剖腹產,逐漸取代富含纖維的全穀物,越來越多的加工水果、蔬菜和低纖維的食物。

這些環境變化,對我們的微生物接觸,以及我們腸道的待客能力,都發生了相應的變化。但是,科技和社會的新變化,對現代人群微生物多樣性喪失的影響,是不易評估的。

腸道微生物群體季節性變化,符合膳食的變化

這項研究的貢獻是確認了飲食是腸道微生物相變化的一個主要因素。哈德薩族的人數只有一千多人,其中不到兩百人堅持傳統的狩獵採集者生活方式,他們的食物其中包括有主要五種:肉、漿果、猴麵包果、塊莖和蜂蜜。

雖然西方人的飲食也幾乎包括上述五種食物,但哈德薩族的傳統生活方式中,並不存在括冰箱和超市。因此,哈德薩族人的飲食會根據季節而波動:乾季中,主要吃肉、猴麵包果和塊莖;濕季中,漿果、塊莖、蜂蜜和猴麵包果居多。

他們從大約一年的時間裡收集了來自 188 個哈德薩人的 350 個糞便樣本,其中包括一個以上的整個季節性週期,與來自 16 個具有不同生活方式的國家的 18 個族群的樣本作比較。這個研究成果發表在《科學》(Science)[3]。

他們的分析顯示,腸道微生物群體季節性變化,符合膳食的變化。特別是在濕季,有一部分微生物種群減少,因為蜂蜜佔熱量攝入量的很大一部分,那些微生物在富含纖維的塊莖居多時的乾季節則增加。在隔了一年的同一季節收集的樣品,含有幾乎相同的微生物種群,顯示由飲食干擾的微生物相有相當的恢復力。在濕季中,其數量減少到幾乎測不到的細菌物種(例如擬桿菌門(Bacteroidetes)的細菌),在下一個旱季就恢復了。

除了季節性變化,他們也發現傳統生活和現代生活的微生物相差異:螺旋體門(Spirochaetes)的細菌在非洲和南美洲的狩獵採集者中都能找到,居住在工業化世界的人腸道中卻缺了席,反之現代化社會人們的腸道中有較多放線菌門(Actinobacteria)的細菌。

腸道微生物多樣性降低太久就會永遠消失

Sonnenburg 等人早先在 2016 年於《自然》(Nature)發表的研究也發現,讓小鼠飲食中缺乏膳食纖維,大大降低了腸道微生物物種的多樣性,當膳食纖維限制被解除時,這種多樣性就恢復了。但如果這種缺乏膳食纖維的情況維持四代,最初會恢復的微生物物種就會永久性地消失 [4]。

由於生活方式的改變,人類已從狩獵採集社會邁向農村生活,再成為工業化國家。在工業化國家,腸道微生物多樣性低於狩獵採集者,腸微生物多樣性的下降可能會讓人患上慢性腸炎。腸微生物多樣性被認為具有保護作用,維持了健康的腸道。他們還發現,與哈德薩族人相比,美國人腸道的微生物產生更多稱為黏蛋白(mucins)的酶。黏蛋白允許細菌從我們腸道黏膜而非植物纖維中獲取碳水化合物。

短鏈脂肪酸(short-chain fatty acids,SCFAs)是食物發酵的微生物副產物,並且在腸中產生。SCFAs 影響人體健康,如炎症、宿主代謝和膽固醇代謝。美國國家環境衛生研究所的 Shyamal Peddada 認為,鑑於哈德薩飲食以及腸道微生物的組成隨季節而變化,預期腸道中 SCFAs 的組成也會隨季節而變化,是合理的 [2]。因此,她在建議未來可以研究季節對哈德薩腸道 SCFAs 的影響。

平均來說,哈德薩族人每天在食物中攝取 100 克或以上的纖維,我們平均每天只攝取 15 克。

結論

愈來愈精緻的食物讓我們的腸道多樣性下降,對我們的健康造成各種影響,持續下去還可喪失祖傳細菌,而會對後代子孫的腸道微生物多樣性造成不可回復的破壞,不可不慎。

參考文獻:

1) Stanford University Medical Center. "Hunter-gatherers' seasonal gut-microbe diversity loss echoes our permanent one." ScienceDaily. ScienceDaily, 24 August 2017. 

2) S. Peddada. Seasonal change in the gut. Science 357, 754-755 (2017).

3) S. A. Smits et al. Seasonal cycling in the gut microbiome of the Hadza hunter-gatherers of Tanzania. Science 357, 802-806 (2017).

4) E. D. Sonnenburg, et al. Diet-induced extinctions in the gut microbiota compound over generations. Nature 529, 212–215 (2016). doi:10.1038/nature16504pmid:26762459

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