原创 红霞 微生态 2019-07-17
导读
近几十年来，食物过敏的发病率和严重程度持续增加，提示现代化的生活方式可以促进易感人群的发病。目前，有多种假设来解释这一现象，卫生假说和饮食假说占主导地位。西方生活方式、饮食习惯的变化，这些都是潜在驱动因素。尽管现代饮食可能保护人们免受微量和极端营养缺陷的影响，但过量摄入精制糖和饱和脂肪可能会导致免疫介导的疾病不断增加，尽管流行病学数据确定肥胖和过敏性炎症之间有联系，但饮食与肥胖之间的联系需要进一步进行研究。肠道菌群是饮食与食物过敏之间存在的潜在联系，高脂、高糖、低纤维食物的饮食摄入，抗生素的使用，均可影响并扰乱肠道菌群。研究表明，饮食改变会促进与肥胖和代谢紊乱相关的微生物群落改变。微生物群落结构的改变与疾病表型相关，然而，高脂饮食(HFD)引起的肠道微生物群的改变是否影响食物过敏易感性尚不清楚。此外，肠道微生物群落结构的这种变化是否通过改变宿主代谢或通过对宿主免疫系统的直接影响来调节过敏性疾病也不清楚。因此，目前的研究重点是明确界定饮食和相关肠道微生物的变化如何影响食物过敏。
论文ID
原名：High dietary fat intake induces a microbiota signature that promotes foodallergy
译名：高脂肪摄入诱导微生物区系特征促使食物过敏
期刊：JOURNAL OF ALLERGY AND CLINICAL IMMUNOLOGY
IF：11.003
发表时间：2019.1
通信作者：Mario Noti
通信作者单位：伯尔尼大学实验病理学系病理研究所
实验设计
实验结果
1高脂饮食增加食物诱导的过敏反应
证据表明，肥胖与食物过敏存在相关性。尽管肥胖与免疫球蛋白（IgE）反应的提高及过敏表像有关，但是，是否增加食物过敏风险需要进行探究。为研究肥胖与增加食物过敏风险发生之间的联系，进行以下研究。标准饮食小鼠（4.5 kcal%脂肪）与高脂饮食小鼠（45 kcal%脂肪）喂养12周进行食物过敏试验。结果显示，相对于正常饮食组，高脂饮食组小鼠体型肥大、体重增加、脂肪细胞变大、脂肪细胞大小主要集中与160 μm（Fig1 A-D）。过敏评分（P＜0.0001）、总免疫球蛋白（P＜0.0001）、OVA-IgE（P＜0.005）、血清小鼠肥大细胞蛋白酶（MMCP-1）（P＜0. 5）（Fig1 E-H）。数据表明，高脂饮食增加食物过敏的易感性。
图1 高脂饮食增加食物诱导的过敏反应。
2 高脂饮食不改变异位性皮炎样皮肤免疫与食物过敏原致敏
为验证高脂饮食与异位性皮炎样皮肤免疫及食物过敏原致敏之间的联系。皮肤免疫采用组织学、耳肿胀、总白细胞、嗜碱性粒细胞进行评价（Fig1 A-D）。为了研究HFD和相关肥胖在皮肤食物过敏原致敏中的作用，对变应原再刺激的SLN细胞无细胞培养上清液中典型的2型细胞因子IL-4、IL-5和IL-13的产生进行评估（Fig1 E）。数据表明，高脂饮食不改变异位性皮炎样皮肤免疫与食物过敏原致敏。
图2 高脂饮食不改变异位性皮炎样皮肤免疫与食物过敏原致敏。
3高脂饮食促进粘膜肥大细胞堆积和提高肠通透性
由结果1与2可知，高脂饮食对皮肤炎症和致敏没有影响（图2），但增加了全身性肥大细胞蛋白酶（图1，H）水平，由此假设肥大细胞可能在食物过敏环境中失调。实验结果显示，正常饮食组与高脂饮食组的非过敏小鼠间不存在差异（图3，A-C）。MC 903+OVA诱发过敏时，与正常饮食组相比，HFD喂养的小鼠肠道肥大细胞蓄积明显增加，而嗜酸性粒细胞频率和数量无明显变化（图3，A-C）。
小肠组织切片中氯乙酸酯酶阳性肥大细胞结果显示，HFD喂养、增强食物过敏与相关肠道肥大细胞积聚有关。增强肥大细胞积累和相关的肥大细胞特异性蛋白酶释放促进HFD诱导的肠渗透。（图3，D-E）。食物过敏HFD喂养小鼠的肠道屏障完整性改变进一步与Ocln紧密结合蛋1(Tjp1)的基因表达水平的降低，Claudin2（Cldn2）的表达显著增加相关（图3，G)。食物过敏小鼠喂食HFD，调节失调的肠道肥大细胞反应和肠渗透增加，促进过敏原的通过，使肠道过敏性炎症持续存在。
图3 高脂饮食促进粘膜肥大细胞堆积和提高肠通透性
4 高脂饮食引起的肥胖和食物过敏与肠道失调有关
除了增加肠道屏障通透性外，HFD喂养和相关肥胖还可以促进肠道微生物相对丰度和系统发育多样性的显著变化。16S rDNA扩增测序结果显示，高脂肪摄入与肠道微生物组成存在显著相关（图4，A）。高脂饮食组α-多样性减少，在OTUS的总数量减少和Shannon降低（图4、B和C）。高脂肪摄入影响肠道微生物组成。
为了评估样本间的β-多样性，NMDS图显示，饮食和过敏性疾病状态对结果有影响（图4，D）。此外，通过多因素分析，我们发现附睾脂肪重量、肠道肥大细胞频率和临床过敏评分与微生物聚类模式显著相关，与载体长度（肥大细胞和脂肪重量）和圆圈大小（过敏评分）有关。Bray-Curtis异同点的平均聚类树状图进一步显示了根据饮食调节和疾病状态的个体样本的距离和聚类（图4，E）。说明，高脂饮食对肠道微生物与食物过敏有影响，微生物区系与疾病标志物和临床症状相关。
图4 高脂饮食引起的肥胖和食物过敏与肠道失调有关。
5 高脂饮食相关微生物群具有可遗传性与持久性
进行微生物移植实验，验证高脂饮食微生物群在食物过敏发病中的机制。SCD 微生物+4只GF小鼠；HFD 微生物+4只GF小鼠；受体分别与供体微生物一起定植2个月（图5，A）。结果显示，HFD 微生物+4只GF小鼠组α-多样性降低和b-多样性增加（图5，B-D）。重要的是，一种HFD微生物区系特征随着时间的推移在喂SCD的GF重组小鼠中被保存下来，这表明在饮食后微生物组成或功能上存在差异，即使小鼠恢复了原来的饮食，也不能轻易恢复。NMDS和β-多样性的平均聚类树状图表明，重组的GF小鼠的微生物区系与微生物的输入源相一致，且源群落间的Bray-Curtis差异最大（P<0.001；图5，E和F）。说明，高脂饮食相关微生物群具有可遗传性与持久性。
图5 高脂饮食相关微生物群具有可遗传性与持久性。
6 高脂饮食相关的微生物群可以增强食物过敏的易感性，而不依赖于肥胖
探讨高脂饮食相关微生物群表型的传递与食物过敏发病机制的关系。结果显示，不管供体微生物群的输入，微生物群填充的GF小鼠的体重增加和附睾脂肪的积累都是相当的（图6 A）。此外，对附睾脂肪组织脂肪细胞大小的组织学分析没有发现SCD-或HFD微生物相关食物过敏小鼠的差异（图6，B和C）。用HFD菌群重组的GF小鼠表现出明显的食物致敏反应，其特征是血清IgE水平（图6，D和E）、MMCP-1水平（图6，F）、2型肠细胞因子反应（图6，G）以及效应细胞肥大细胞对小肠固有层肥大细胞的积累（图6，H）和氯乙酸酯酶组织染色（图6，I和J）。说明，高脂饮食相关的微生物群可以增强食物过敏的易感性，但不依赖于肥胖。
图6 高脂饮食相关的微生物群可以增强食物过敏的易感性，而不依赖于肥胖
结论
本文对高脂饮食摄入量，肥胖和食物过敏之间的潜在相关性进行了研究。首先，在食物过敏的环境中，HFD喂养会促进肠道肥大细胞失调。其次，高脂肪摄入会降低微生物多样性，这是一种既可传递又持久的特性。第三，，HFD相关的失调会增加食物过敏的易感性，而不是肥胖。综上所述，研究结果表明，高脂肪摄入会增加食物过敏的易感性，这种影响是由肠道微生物群介导。
评论
本研究建立的肠道食物过敏模型，使用一种定义良好的HFD（高质饮食）喂养模型来控制饮食成分。采用高通量16S rDNA测序，评估了HFD喂养和实验食物过敏环境下肠道微生物群落结构。最后，作者研究了HFD引起的肠道共栖群落结构的改变是否改变了对食物过敏的易感性。采用这些独特的方法，作者发现HFD引起的肠道微生物改变会促使食物过敏，而不依赖于肥胖。
