小維 新營養 2月21日
圖源：攝圖網
呼吸道病毒感染是世界範圍內人類最常見的疾病之一，由新發病毒引起的呼吸道感染更是全球公共衛生的巨大威脅，如近期在武漢爆發的肺炎疫情的元兇——新型冠狀病毒2019-nCoV。研究證實，用以菊粉為代表的可發酵型膳食纖維對腸道菌群進行營養干預，對於預防呼吸道疾病感染、減輕重症化風險有一定的效果。
可發酵型膳食纖維如何抵抗呼吸道病毒感染呢？
Immunity：補充可發酵型膳食纖維，或可抵抗呼吸道病毒感染
早前已有研究指出，可發酵型膳食纖維菊粉可以預防慢性炎症疾病（如過敏），其機理是通過生成短鏈脂肪酸（SCFAs）來抑制免疫反應。然而，人們對可發酵型膳食纖維和短鏈脂肪酸（SCFAs）在預防病毒感染、提高免疫方面卻知之甚少，這也成為了考慮其臨床應用的一大障礙。
2018年5月，澳大利亞莫納什大學的Benjamin Marsland等科學家在《免疫（Immunity）》學刊上發表了一項以小鼠為模型的研究成果。結果表明，補充可發酵型膳食纖維（菊粉）增加了小鼠對流感病毒的抵抗力，可減輕其肺功能衰竭，並提高感染小鼠的存活率。[1]
研究人員在小鼠出生和成長過程中遵從低纖維飲食（<0.3%粗纖維），再額外補充不易發酵的纖維素（對照）或可發酵型膳食纖維菊粉（HFD）。通過鼻內途徑將成年小鼠暴露於甲型流感病毒，在感染過程中實時監測。結果，HFD組小鼠的生存時間延長，臨床評分也有改善，對乙酰膽鹼的反應表現出肺阻力降低和順應性增強的趨勢，這與小鼠氣道收縮較輕、彈性增強、肺功能較好有關。
肺的組織學分析顯示，對照組小鼠肺組織中有大量的紅細胞堆積，表明出現了組織破壞和血管滲漏現象，其支氣管肺泡灌洗液（BALF）中較高的白蛋白水平也支持了這一結論。綜上可知，小鼠補充菊粉後可以防止流感所引起的組織破壞和致死，減輕其肺功能衰竭，提高存活率。
圖|膳食纖維預防流感誘導的免疫病理學
數據顯示，在接種流感病毒後，小鼠腸道內脫硫弧菌科的細菌顯著增加。這是革蘭氏陰性的條件致病菌，能產生誘發炎症反應的內毒素和有致癌作用、干擾腸道內分泌的硫化氫。這一現象可能是推動機體發生過度免疫反應的重要因素。此外，HFD組小鼠的菌群結構有明顯改善，產生短鏈脂肪酸的有益菌叢（包括雙歧桿菌科和類桿菌科）成為了優勢菌。
圖|膳食纖維通過改變腸道微生物組成和SCFA的水平來預防流感疾病
菊粉被腸道細菌發酵後，短鏈脂肪酸（特別是丁酸）產量顯著提高。接受高發酵膳食纖維處理的小鼠，一方面，天然免疫系統的白細胞引起的肺部過度炎症反應得到顯著緩解；另一方面，適應性免疫系統中能專一性對抗流感病毒的CD8+T細胞的功能顯著增強，確保病毒感染時效應T細胞的快速和持續激活。同時，用丁酸鹽作為膳食補充劑也可以得到類似的調節免疫的作用。
研究人員表示，可發酵型膳食纖維和短鏈脂肪酸（SCFAs）對免疫系統有雙重有益作用，使小鼠能更有效地預防流感感染，包括抑制和增強免疫系統的離散組成部分，使呼吸道的免疫力介於允許病毒清除但又避免過度組織損傷的水平。通過調節過度的先天反應，促進組織保護機制，刺激特異性的適應性免疫，可發酵型膳食纖維和短鏈脂肪酸（SCFAs）建立了一種免疫平衡，平衡固有的和適應性免疫反應，以緩解流感感染，阻止免疫相關的病理反應。
Nature Communications：抵抗呼吸道病毒感染，調節菌群或是關鍵
呼吸道病毒感染大都伴隨著嚴重的腸道菌群失調，能夠誘發炎症條件致病菌在這一期間爆發性增長。因此，維持菌群平衡有可能大幅度降低呼吸道病毒感染重症的發生率和死亡率。來自巴西科研人員發表的文章表明，在可發酵型膳食纖維飲食抗呼吸道合胞病毒（RSV）過程中，腸道有益微生物群的代謝產物乙酸起到了關鍵作用。該文章於2019年7月發表在《自然通訊》雜誌上。[2]
以嚴重呼吸道合胞病毒感染的小鼠為模型，對照組小鼠飼料中只有纖維素作為不可發酵膳食纖維，處理組則補充可發酵型膳食纖維（柑橘果膠），飼餵4周以後接種病毒。結果發現，處理組的小鼠發病輕，病毒的繁殖量也低。此外，處理組小鼠肺部炎症反應引起的病理損傷也要低得多。
圖|膳食纖維需要通過腸道菌群才能保護小鼠對抗呼吸道病毒感染
分析發現，可發酵型膳食纖維升高了毛螺旋菌科中一種能產生短鏈脂肪酸的細菌。在用抗生素清除了大部分腸道細菌以後，高可發酵膳食纖維的保護作用就消失了，說明這種保護一定要通過升高腸道有益菌叢才能實現。用乙酸鈉、丁酸鈉和丙酸鈉做添加劑通過飲水給小鼠進行補充，發現也起到了很好的保護肺部和抵抗病毒的作用。而且，乙酸是通過活化受體Gpr43來調節肺上皮細胞的干擾素（IFN-1）應答來抵抗RSV感染的。
圖|GPR43的特異性激活可防止體外呼吸道合胞病毒感染
高纖維飲食可保護小鼠抵抗呼吸道合胞病毒（RSV）感染，降低病毒載量和炎症，該效果依賴於腸道菌群及其產生的短鏈脂肪酸。此外，小鼠口服乙/丙/丁酸也有相似的保護作用。綜合文章中的多個小鼠和細胞實驗表明，乙酸可誘導肺部的干擾素（IFN）-β生成、促進IFN-1應答，其中IFN-1的受體（IFNAR）介導了乙酸對RSV感染的抵抗作用，且IFNAR的單核苷酸多態性還會影響嬰兒發生嚴重RSV感染的風險。
這篇綜述性文章主要揭示了一種用可發酵型膳食纖維飲食防止呼吸道合胞病毒感染的機制，在這種機制中，來自腸道有益微生物群的代謝產物乙酸在肺中誘導產生了IFN-β，表明高可發酵型膳食纖維對呼吸道病毒感染的保護作用，是通過腸道里的短鏈脂肪酸產生菌與宿主細胞的特定的分子對話來實現的。進一步說明，高可發酵型膳食纖維通過促進短鏈脂肪酸產生菌的生長來保護宿主抵抗呼吸道病毒感染或許是一個普遍現象，而非侷限於某種病毒。
上述研究均是通過補充高可發酵型膳食纖維來抵抗小鼠呼吸道病毒感染，並揭示這一過程離不開腸道菌群的參與。雖然研究是以小鼠模型為研究對象完成的，目前尚缺乏相關臨床研究，但這一結果的確為未來呼吸道疾病防治帶來了新的方向。
如何有效增加可發酵型膳食纖維的攝入量？相信很多人的第一反應都是多吃水果和蔬菜。但其實果蔬中的膳食纖維多為不可發酵型，菌群難以利用，不能產生調節人體免疫所需的短鏈脂肪酸等，在對抗呼吸道感染性疾病中發揮的作用有限。
且對患有糖尿病、心腦血管疾病等基礎疾病的患者來說，感染呼吸道病毒且發展成重症的概率更高。作為水溶性膳食纖維，菊粉不僅可以改善腸道菌群的代謝，對糖尿病人更友好，而且上述研究也證實，增加菊粉等可發酵型膳食纖維的日常攝入或有利於增強對呼吸道病毒感染的抵抗力，以減少患病風險。
參考文獻：
[1] Trompette A, Gollwitzer ES, Pattaroni C, et al. Dietary Fiber Confers Protection against Flu by Shaping Ly6c- Patrolling Monocyte Hematopoiesis and CD8+ T Cell Metabolism[J]. Immunity. 2018.05; 48(5):992-1005.
[2] Antunes KH, Fachi JL, et al. Microbiota-derived acetate protects against respiratory syncytial virus infection through a GPR43-type 1 interferon response. Nature Communication. 2019; 10(1):3273.
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