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消化嘎嘣脆的小動物，首先會聽到它堅硬的保護層---外骨骼(exoskeleton)---的碾磨聲。在一項新的研究中，來自美國華盛頓大學圣路易斯醫學院的研究人員在小鼠中發現雖然聽起來很難吃，但是這種堅硬的外骨骼可能對它們的代謝有好處。相關研究結果發表在2023年9月8日的Science期刊上，論文標題為“A type 2 immune circuit in the stomach controls mammalian adaptation to dietary chitin”。論文通訊作者為華盛頓大學圣路易斯醫學院病理學與免疫學助理教授Steven Van Dyken博士。
這些作者在小鼠身上發現消化甲殼素(chitin，昆蟲外骨骼以及蘑菇和甲殼類動物外殼中的一種豐富的膳食纖維)會調動免疫系統。活躍的免疫反應與體重增加較少、體脂減少和抵抗肥胖有關。
Van Dyken說，“肥胖是一種流行病。我們吃進體內的食物對我們的生理機能和我們代謝食物的方式有著深遠的影響。我們正在根據所了解到的有關免疫系統如何受飲食影響的知識，研究抵制肥胖的方法。”
眾所周知，免疫系統可以保護人體免受各種威脅，包括細菌、病毒、過敏原甚至癌癥。在這項新的研究中，這些作者發現免疫系統的一個特殊分支---先天免疫系統---也參與了甲殼素(chitin，也譯為甲殼質，幾丁質)的消化。攝入甲殼素后胃部擴張會激活一種先天性免疫反應，引發胃細胞加速產生能分解甲殼素的酶，即甲殼素酶(chitinase，也譯為幾丁質酶)。值得注意的是，甲殼素不溶于水，無法溶解在液體中，因此需要酶和苛刻的酸性條件才能消化。
論文第一作者、華盛頓大學圣路易斯醫學院博士后副研究員 Do-Hyun Kim 博士在缺乏腸道細菌的無菌小鼠身上進行了實驗。他的研究結果表明，幾丁質能在沒有細菌的情況下激活免疫反應。
Van Dyken 說，“我們認為甲殼素的消化主要依賴于宿主自身的甲殼素酶。胃細胞通過一種我們稱之為適應(adaptation)的過程來改變它們的酶輸出。但令人驚訝的是，這一過程是在沒有微生物輸入的情況下發生的，因為胃腸道中的細菌也是降解甲殼素的甲殼素酶的來源。”
這種適應是由小鼠胃部先天性免疫激活和酸性哺乳動物甲殼素酶(acidic mammalian chitinase, AMCase)協調的。甲殼素的攝入會導致小鼠胃部膨脹以及胃部簇細胞(tuft cell)和2型先天性淋巴細胞(group 2 innate lymphoid cell, ILC2)產生細胞因子，從而推動表達 AMCase 的產酶主細胞(zymogenic chief cell)的擴增，促進甲殼素的消化。雖然甲殼素會影響腸道微生物的組成，但無菌小鼠仍能保持 ILC2 介導的組織適應和胃腸道反應。在缺乏甲殼素酶的情況下，持續攝入甲殼素會導致基礎 2 型免疫(basal type 2 immunity)增強、脂肪含量降低以及對肥胖的抵抗力增強。這些數據確定了一種內源性代謝回路，它通過增強消化功能，從不溶性的膳食成分中提取營養物。
圖片來自Science, 2023, doi:10.1126/science.add5649。
Van Dyken 指出，在有腸道細菌的小鼠中，飲食中的甲殼素改變了下胃腸道的細菌組成，這表明腸道細菌在食物離開胃部后也會適應含有甲殼素的食物。
這些作者發現當甲殼素激活免疫系統但未被降解時，對小鼠肥胖的影響最大。喂食高脂肪食物的小鼠也攝入了甲殼素。有些小鼠缺乏產生甲殼素酶來分解甲殼素的能力。與不吃甲殼素的小鼠和吃了但能分解甲殼素的小鼠相比，吃了甲殼素但不能分解甲殼素的小鼠體重增加最少，體脂測量值最低，而且不易肥胖。
如果小鼠能分解甲殼素，它們在代謝方面仍會受益，但它們會通過過度產生甲殼素酶來適應，以便從甲殼素中提取營養物。
Van Dyken 和他的團隊下一步計劃在人類身上跟進他們的發現，目標是確定是否可以在人類飲食中添加甲殼素，以幫助控制肥胖。
他說，“我們有幾種抑制胃部中甲殼素酶的方法。將這些方法與含甲殼素的食物搭配起來，可能會對代謝產生非常實際的益處。”
來源：中國實驗動物信息網、生物谷
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