內蒙古錫林郭勒大草原的冬天，乾旱、寒冷、多風，平均溫度可以達到零下20℃，極端低溫可達零下42℃。不少動物都會選擇用冬眠來度過這樣的冬天。但一種只有巴掌大的小型齧齒動物——布氏田鼠，不僅不肯冬眠，還發展出了一系列對抗低溫的生理機制。
中國科學院動物研究所王德華課題組，多年間一直探究布氏田鼠的生理適應調節機制。近來他們發現，這種小動物不僅依靠穴居抱團、屯糧養膘來對抗嚴寒，就連肚子裡的腸道微生物，也做出了重要貢獻。日前，他們在《國際微生物生態學會會刊》(The ISME Journal)上發表的一篇論文，揭示了腸道菌群在布氏田鼠體溫調節和代謝產熱過程中發揮的作用。
腸道菌群介導低溫適應
研究人員發現，在4℃左右的空調房裡待過4周後，布氏田鼠除了出現體重下降、攝食量增加、產熱能力增強等常規反應外，它們腸道菌群的組成和比例也發生了改變。
「這是意料之中的。」論文通訊作者、中科院動物所研究員王德華告訴《中國科學報》，「很多科學家已經證實，低溫環境會改變小鼠的腸道菌群，同時這種改變與小鼠的能量代謝表型，如體重、攝食量、褐色脂肪組織線粒體解偶聯蛋白1的表達等，密切相關。」
研究人員顯然不滿足於此，接著，他們給一些田鼠飼餵抗生素，部分消除它們自身攜帶的腸道微生物。然後將這些「無菌田鼠」分組進行菌群移植，一部分植入住在溫暖環境中的田鼠腸道菌；另一部分植入居住在寒冷環境中的田鼠腸道菌。結果發現，儘管這些田鼠接下來都一樣生活在室溫環境下，但移植了低溫菌群的動物的產熱和攝食量都明顯高於移植常溫菌的動物。
結合藥理學實驗，他們確證來自低溫田鼠的菌群能通過激活去甲腎上腺素—PKA信號通路，促進褐色脂肪組織線粒體解偶聯蛋白1的表達，從而增強動物的產熱能力，幫助它們度過寒冷難關。
「我們的研究表明，『腸道菌群—腸—腦』之間可以相互作用，來調控動物對寒冷環境的適應能力。」論文第一作者之一、博士研究生薄亭貝說，「像布氏田鼠這樣的非冬眠小型哺乳動物，跟它們的腸道菌群之間存在這樣一種協同進化機制。」
有趣的是，由於恆溫動物的腸道內溫度環境也比較穩定，人們通常認為它們的腸道菌群不容易受到外界環境溫度影響。甚至有人提出，低溫下哺乳動物的腸道菌群發生改變，可能僅僅是因為「天冷吃得多」。而這一次，研究人員終於確認，在攝食量不變的情況下，低溫環境可以直接導致腸道菌群的改變。
動物腸道菌研究大有可為
近年來，腸道菌群的研究越來越熱。由於種種原因，對人類的腸道菌群研究要顯著多於對野生動物的研究。
「的確，人體腸道菌群的研究與醫學應用聯繫更為緊密，但動物研究由於實驗設計更靈活，機理挖掘更充分，具有不可替代的作用和意義。」王德華說。
這是他們課題組第二項圍繞布氏田鼠及其腸道菌群的研究。在2018年發表於《微生物組》（Microbiome）上的一項研究中，他們指出，布氏田鼠「抱團取暖」的聚群行為不僅能夠減少熱量散失，還能降低體內核心溫度，從而降低個體的能量需求。
更有趣的是，「抱團」還能促進腸道中有益菌的增加，這些有益菌能產生更多短鏈脂肪酸，為宿主提供能量來源。
「僅僅是和同類擠成一團，就能降低能量需求，降低攝食量，似乎是一種很好的減肥途徑。」該論文的主要作者之一、動物所副研究員張學英笑道，「聚群行為如何促進有益菌生長，如何降低能量需求，這是一個很迷人的問題。」
王德華表示，未來課題組會花更多的時間和精力去探索腸道菌群與宿主之間的相互關係及其對宿主生理功能的調節機制。
提供減肥新思路
在這幾項研究中，「褐色脂肪組織」扮演的角色非常引人注目。這是普遍存在於哺乳動物體內的一種高度特化的產熱組織。大家通常所說的脂肪——白色脂肪組織的主要作用是儲存過剩的能量；而褐色脂肪組織的主要功能則是產熱和調節體內營養平衡，能夠防止動物過度肥胖。
近年來的肥胖機理研究中，褐色脂肪組織是不折不扣的「明星」研究對象。那麼，這些有關腸道菌群和褐色脂肪組織的研究，是否能為現代人非常關注的「減肥」問題提供一些啟示呢？
本次研究證實，低溫暴露既能刺激褐色脂肪組織代謝，但也會導致過度攝食。如果能結合低溫環境和飲食控制，則有可能達到減肥功效。
此前還有研究表明，將寒冷環境下小鼠的腸道菌群移植到無菌小鼠中，無菌小鼠發生了白色脂肪組織的褐變，也就是一部分白色脂肪細胞轉化成了米色脂肪細胞（白色脂肪細胞與褐色脂肪細胞之間的過渡狀態），從而加快了脂肪燃燒。
「從人類的角度來講，沒有必要為了減肥而故意去承受寒冷。但是這些研究提示我們，或許可以模擬寒冷環境下腸道微生物的變化情況，通過植入某些特異的菌種來改善腸道菌群的功能，從而達到減肥的功效。」王德華說。
相關論文連結:
https://doi.org/10.1038/s41396-019-0492-y
https://doi.org/10.1186/s40168-018-0473-9
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