肠道菌群会影响御寒？

来源：中科院之声

本文作者为中科院遗传发育所研究员约翰•斯彼克曼（John Speakman），最近他和他的学生们在“肠道菌群是否参与体温调节过程”这个领域中有了一些新发现。

当动物突然遭遇寒冷环境时，需要立即合成更多的热量，否则体温就会下降。50多年前，科学家们就已经发现这其中包括两个不同的过程：首先是颤抖。颤抖是指肌肉收缩但实际上不做任何机械功，只产生大量热量。然而，冷暴露后颤抖过程很快就结束了，但热量合成却仍会继续。因此，必然存在某种“非颤抖”形式的产热——也被称为“非颤抖型产热（NST）”。

事实证明，大部分非颤抖型产热都发生在被称为棕色脂肪组织（BAT）的脂肪中。BAT之所以属于脂肪组织，是因为细胞内含有大量脂滴，但与常见的“白色”脂肪组织不同，棕色脂肪细胞内还含有大量的线粒体，所以呈现出棕色的外观。

事实上，棕色脂肪组织的线粒体相当特殊。线粒体的作用是将我们吃的食物（如糖和脂肪）转化为一种叫做ATP的化合物，因此线粒体通常被称为“细胞的发电站”。

实际上，我们认为线粒体更像是一个货币兑换点，它们吸收各种不同的大分子，将它们兑换成货币，供给细胞用于执行所有有能量需求的功能。但是，棕色脂肪组织线粒体中有一种特殊的蛋白质，这种蛋白使得棕色脂肪组织的线粒体进行货币兑换的效率非常低，却产生了大量的副产品——热量，这就是非颤抖性产热的理想来源。因此，当动物遭遇寒冷时，交感神经系统激活棕色脂肪组织，产生大量非颤抖型的热量以保持体温。

在过去四十年时间里，以上这些知识已经为我们所共识，原本我也认为不会有什么新的发现。因此，当几个学生来跟我讲他们想要做的实验时，我表示非常怀疑。他们感兴趣的是这个过程是否涉及肠道菌群。

肠道菌群是生活在消化道中的细菌群落，它们可以合成多种代谢物，不仅如此，越来越多的研究发现，肠道菌群还参与了从体重调节到抑郁等一系列生理病理过程。

那么肠道菌群是否也参与了棕色脂肪组织的体温调节过程呢？对此我深表怀疑，我的怀疑精神不仅源于我没有看到证据，还因为肠道菌群这一概念已经被炒得过热，几乎每个人都想搭上这趟快车。但我还是非常不情愿地同意了，我们设计了一些实验来验证它。

起初，我们使用抗生素杀死小鼠体内所有的肠道细菌，然后观察小鼠冷暴露时的反应，出乎意料的是，小鼠确实无法像正常小鼠一样进行体温调节。我想，这也许与抗生素本身有关，而不是与肠道菌群有关。接下来，我们使用了无菌环境中饲养的小鼠，结果几乎是相同的。这说明肠道菌群似乎是重要的，但可能仅仅意味着，缺乏肠道菌群的小鼠消化食物的速度满足不了寒冷条件下额外的能量需求。

为了验证肠道菌群是否真的开启了体温调节信号，除了杀死肠道细菌，我们还做了很多其他实验，最终发现，一种由肠道细菌产生的短链脂肪酸（丁酸盐）似乎是冷暴露期间激活棕色脂肪组织机制的重要元件。我们给缺乏肠道菌群的小鼠补充了它们缺少的丁酸盐，结果发现其受损的体温调节能力得到了部分恢复。

该工作发表在最近的 Cell Reports 杂志上。虽然我们目前还不清楚该现象的机制是什么，但我依然认为，这些发现为我原本认为已经充分研究的旧领域增添了新的活力（和复杂性）。这恰恰验证了那句古话——“如果你想找新东西，不妨去翻一份旧报纸”。

实验设计图