自20世纪70年代中期以来，全球肥胖患病率增加了两倍。肥胖大大增加了患2型糖尿病、脂肪肝、心血管疾病、癌症甚至严重的新冠肺炎等疾病的风险。饮食限制（DR）被广泛用于减少肥胖或非肥胖个体的脂肪量和机体体重，其中短期饮食限制（SDR）甚至简单的不吃饭在人们进行体重管理时颇受欢迎。然而节食后的体重反弹仍然是一个巨大的挑战，其背后潜在的机制仍然不是很清楚。
2022年12月，中国科学院上海营养与健康研究所翟琦巍团队在Nature Metabolism (IF 19.865)上发表了题为“High-protein diet prevents fat mass increase after dieting by counteracting Lactobacillus-enhanced lipid absorption”的文章。该研究设计了10种节食方式，结合多组学技术探讨了节食后再进食对体脂量的影响以及节食后进行高蛋白（HP）饮食的预防效果。结果表明通过高蛋白饮食或抗生素处理靶向作用肠道乳酸杆菌来抑制肠道中的脂质吸收可能是预防节食后肥胖的有效策略。中科新生命参与了该研究中非靶代谢组、靶向胆汁酸和16S微生物多样性的相关检测工作。
小鼠
技术路线步骤1：节食后再进食会导致脂肪量快速增加；步骤2：增强的肠道脂质吸收促进SDR后脂肪量的增加；
步骤3：HP饮食可以阻止节食后脂肪量的增加；
步骤4：SDR后高蛋白饮食会减弱肠道脂质吸收；
步骤5：肠道菌群调控SDR后的肠道脂质吸收；
步骤6：乳酸杆菌增加肠道脂质吸收和脂肪量；
步骤7：乳酸杆菌产生的代谢物增加肠道脂质吸收和脂肪量。
研究结果
为了研究节食后再进食对脂肪量的影响，作者设计了多种限制饮食方式，包括3天内每天递增或者递减或者均等喂食1d食物， 3天内给小鼠喂食2d食物， 2天内喂食1d食物，每天喂食66.7%食物持续6天、12天或长达24天，以及隔日禁食等饮食方式，结果发现可以迅速减少脂肪量。但再进食后均会导致小鼠脂肪量快速积累，如腹股沟脂肪组织、棕色脂肪组织等（图1）。
图1 各种类型的饮食限制后的重新进食可诱导脂肪量快速积累
2. 增强的肠道脂质吸收促进SDR后脂肪量的增加
作者进一步研究了SDR后脂肪量快速积累的机制，结果发现SDR后小鼠的能量消耗、身体活动和体温没有显著变化，且累积食物摄入量对SDR后的快速脂肪量积累也没有显著的积极贡献。但是SDR后肠道脂质吸收明显增强，增强的肠道脂质吸收有助于SDR后脂肪量的快速积累，且数据表明脂肪组织中脂肪酸摄取和脂质合成的增加以及总脂质氧化的减少有助于SDR后脂肪量的快速积累（图2）。
图2 增强的肠道脂质吸收促进SDR后脂肪量的增加
3. HP饮食可以阻止节食后脂肪量的增加
为了寻求潜在的饮食干预措施以阻止节食后脂肪量的增加，作者在SDR之前、期间和之后对血清中的代谢产物进行了非靶向代谢组学研究，发现差异血清代谢物主要集中在蛋白质消化吸收、氨基酸代谢、氨基酸生物合成及相关途径，除甲硫氨酸外的必需氨基酸(EAAs)以及一些半必需氨基酸和非必需氨基酸在SDR期间和之后显著增加。为了进一步探索氨基酸对SDR后快速脂肪量积累的潜在影响，作者在3天内分别喂食10%、25%和65%的食物量后，用HP饮食、低蛋白饮食和补充EAAs的正常蛋白质（NP）饮食喂养小鼠，结果发现SDR后喂养的所有三种日粮都阻止了脂肪量的快速积累，尤其是HP饮食甚至部分维持了SDR诱导的脂肪减少效果。表明节食后的脂肪量增加可以通过饮食干预来预防，特别是以HP饮食的形式（图3）。
图3 高蛋白饮食可有效维持节食引起的脂肪减少效果
4. SDR后高蛋白饮食会减弱肠道脂质吸收
作者进一步研究了HP饮食是如何阻止SDR后脂肪量快速积累的机制，结果表明HP饮食对SDR后快速脂肪量积累的抑制作用不是由于能量消耗的增加和热量摄入的差异，主要是由饮食成分的差异造成。与SDR后喂食NP饮食的小鼠相比，SDR后喂食HP饮食的小鼠的粪便甘油三酯（TG）和盲肠粪便总长链脂肪酸（LCFAs）均显著增加，表明HP饮食导致肠道脂质吸收减少，且发现HP饮食诱导的脂肪组织中脂肪酸摄取和脂质合成减少以及总脂质氧化增加有助于预防SDR后脂肪量的增加（图4）。
图4 SDR后高蛋白饮食会减弱肠道脂质吸收
5. 肠道菌群调控SDR后的肠道脂质吸收
接着探讨了SDR后再进食引起的脂肪量快速积累和肠道脂质吸收增加是否与肠道菌群有关，结果发现SDR后再进食会显著改变肠道菌群的组成，并诱导乳酸杆菌的显著富集。SDR后进行NP饮食显著增加了乳酸杆菌Lam-1的丰度，并且当使用HP饮食时，这种增加被充分抑制。使用抗生素盘尼西林处理小鼠可以显著抑制乳酸杆菌Lam-1的生长，同时发现小鼠的肠道脂质吸收和白色脂肪组织的脂肪酸摄取显著减少，对应的SDR后的脂肪量增加显著降低。这些实验表明SDR后再进食可通过肠道菌群增加脂肪组织中的脂肪堆积、肠道脂质吸收和白色脂肪组织的脂肪酸摄取（图5）。
图5 肠道菌群调控SDR后的肠道脂质吸收
6. 乳酸杆菌增加肠道脂质吸收和脂肪量
作者进一步通过粪菌移植实验研究了肠道菌群对肠道吸收和白色脂肪组织的脂肪酸摄取的影响，结果发现转移SDR-NP组粪菌的受体小鼠肠道脂质吸收和白色脂肪组织中的脂肪酸摄取显著增加，而在转移SDR-HP组粪菌的受体小鼠中，这一增加被显著抑制。更进一步地，在无菌(GF)小鼠、悉生(GB)小鼠以及无特定病原体(SPF)的小鼠上的研究发现，补充乳酸杆菌Lam-1可以显著增强肠道脂质吸收，增加白色脂肪组织的脂肪酸摄取，并诱导脂肪堆积（图6）。
图6 乳酸杆菌增加肠道脂质吸收和脂肪量
7. 乳酸杆菌产生的代谢物增加肠道脂质吸收和脂肪量
作者试图进一步探究在SDR后再进食期间肠道菌群是如何调控肠道脂质吸收和白色脂肪组织的脂肪酸摄取。通过小鼠盲肠粪便的非靶向代谢组学研究，作者发现SDR后再进食会诱导可被HP饮食部分阻断的盲肠粪便代谢物的改变，例如DL-3-苯基乳酸（PLA）、4-羟基苯乳酸（HPLA）、2-HICA、2-羟基-3-HMBA和吲哚乳酸（ILA）的增加，这些代谢物可以由乳酸杆菌Lam-1产生，并发现在被灌胃Lam-1的小鼠中，这5种代谢物水平显著增加。此外还发现，每日灌胃这5种代谢产物会导致小鼠体内脂肪含量的增加，但不影响食物摄入量。数据表明肠道菌群如乳酸杆菌Lam-1产生的5种代谢物，可以上调肠道脂质吸收，增强白色脂肪组织中的脂肪酸摄取，并诱导脂肪堆积（图7）。
图7 乳酸杆菌产生的代谢物增加肠道脂质吸收和脂肪量
综上所述，节食后的再进食促进了肠道乳酸杆菌及其代谢产物的富集，从而增强肠道脂质吸收以及白色脂肪组织的脂肪酸摄取，并最终导致脂肪的快速积累和肥胖。本研究提示HP饮食或抗生素处理是预防节食后肥胖或维持节食诱导的减脂效果的有效策略。