喝含糖饮料竟会“改写”肠道细菌 DNA？Nat Commun：软饮料会影响肠道细菌和免疫系统之间的交流

在我们的肠道中，生活着一个庞大的微生物群落，它们与人类共生共存，对免疫发育、营养吸收等至关重要。而这些肠道细菌并非一成不变，它们能通过巧妙的 “自我调整” 适应环境变化——比如我们的饮食习惯。

近日，以色列理工学院露丝与布鲁斯 - 拉帕波特医学院的 Naama Geva-Zatorsky 教授、博士生 Noa Gal-Mandelbaum 及其团队在《Nature Communications》杂志发表的研究揭示了一个惊人发现：饮用含白糖的软饮料会导致肠道细菌的 DNA 发生“翻转”（DNA 倒位），进而改变宿主的免疫状态。

肠道环境时刻受饮食、健康状态等因素影响，为了“活下去”，肠道细菌进化出了强大的“适应力”——这被称为“功能可塑性”。简单来说，它们能根据外界变化调整自身行为和功能，而 DNA 倒位正是这种适应力的关键机制之一。

DNA 倒位就像一个“基因开关”：细菌基因组中存在一些可反向排列的 DNA 片段，通过翻转这些片段，细菌能快速开启或关闭特定基因的表达，从而在不同环境中“切换”功能。Geva-Zatorsky 团队此前的研究已发现，这种机制能帮助肠道细菌应对环境压力，保护自身生存。

肠道健康的 “关键玩家”

此次研究的主角是多形拟杆菌（Bacteroides thetaiotaomicron）—— 一种在人体肠道中占比极高的细菌。它不仅能分解人体无法消化的复杂多糖，还在预防肠道炎症、加固肠道粘液屏障、抵御病原体入侵等方面发挥核心作用。正因如此，它的 “状态变化” 对人体健康影响深远。

层层递进的实验证据

研究团队通过人体队列分析、小鼠实验和体外培养，层层解析了饮食（尤其是白糖）对多形拟杆菌的影响：

首先，人体队列：研究人员分析了炎症性肠病（IBD）患者和健康人的肠道菌群数据，发现多形拟杆菌的 DNA 倒位频率与饮食密切相关。其中，饮用含白糖的软饮料与一个关键区域（PVR2）的 DNA 倒位显著相关——常喝软饮料的人群中，该区域的 “反向排列” 比例明显更高。进一步分析显示，这与高淀粉、加工肉类等饮食成分也存在关联，提示饮食通过改变细菌基因状态。

接着，小鼠实验：为验证白糖的直接影响，研究团队给无菌小鼠单定植多形拟杆菌后，一组饮用含 9% 白糖的水，另一组饮用普通水。结果显示，仅 7 天后，饮用白糖水的小鼠粪便中，多形拟杆菌 PVR2 区域的反向取向比例就显著升高（从基线的约 0.05 升至 0.15），而对照组几乎无变化。这种基因层面的改变直接引发了免疫响应，例如：脾脏和肠系膜淋巴结中，具有免疫记忆功能的 CD8⁺CD62L⁺T 细胞比例显著下降；结肠组织中，促炎因子 IL-6 的表达下调，紧密连接蛋白 ZO-1（维持肠道屏障完整性的关键分子）的表达也降低，提示肠道屏障功能可能受损；粪便中短链脂肪酸（如丙酸、乙酸）浓度显著降低，而这类物质通常具有抗炎作用。

研究人员还进行了可逆性验证，即停糖后，细菌与免疫是否可以 “复位”？

研究人员让饮用白糖水的小鼠改喝普通水，12 天后检测发现：多形拟杆菌 PVR2 区域的反向取向比例从峰值回落至接近对照组水平；同时，CD8⁺CD62L⁺T 细胞比例、IL-6 和 ZO-1 的表达均恢复正常。这表明，只要减少白糖摄入，细菌的基因状态和宿主免疫功能就能逐步 “修正”。

最后，体外实验：由于白糖的主要成分是蔗糖（葡萄糖 + 果糖），团队进一步在体外培养多形拟杆菌，观察其在蔗糖环境中的变化。结果显示，在含蔗糖的培养基中，多形拟杆菌的多个多糖利用位点（PULs）和荚膜多糖（CPSs）基因发生 DNA 倒位——这些区域正是细菌与宿主免疫细胞互动的 “前沿阵地”。

同时，细菌分泌到培养基中的物质（条件培养基）能显著激活小鼠脾细胞：CD8⁺Ki67⁺PD1⁺T 细胞（活化的效应 T 细胞）比例升高，抗炎因子 IL-10 分泌增加。而当培养基经煮沸处理（破坏蛋白质）后，这些免疫调节效应明显减弱，提示细菌分泌的蛋白质（如 Sus 家族的外膜蛋白）可能是介导免疫影响的关键分子。

以上，这些实验层层递进，从人体关联到动物验证，再到机制解析，清晰展现了一条路径：白糖（尤其是蔗糖）→ 多形拟杆菌 DNA 倒位（如 PVR2、CPSs 区域）→ 细菌蛋白质表达改变 → 宿主免疫细胞比例与细胞因子分泌异常 → 肠道屏障功能受影响。

综上，这项研究强调了研究营养对微生物组和我们健康状态复杂影响的重要性。研究人员评估认为，这将能为人类受试者量身定制饮食建议，以改善其免疫系统状态和整体健康。（生物谷Bioon.com）

参考文献：

Noa Gal-Mandelbaum et al, Dietary carbohydrates alter immune-modulatory functionalities and DNA inversions in Bacteroides thetaiotaomicron, Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-60202-9.