近年來，腸道菌群越來越受到科學家的重視，很多疾病和腸道菌群失調都有密切的關係。腸道菌群是人體內腸道的微生物，不同的菌種可以合成不同的人體生長髮育必需的維生素，還可以和蛋白質殘渣合成氨基酸，參與糖類和蛋白質的代謝，同時還能促進礦物元素的吸收，在許多生理過程中起著至關重要的作用。
最近的研究表明，腸道微生物組的一個額外的作用是協調腸和肝晝夜節律。
飲食、攝食 / 禁食週期能夠驅動腸腔內腸道微生物群落和次級代謝物的晝夜振盪變化。這些振盪變化對於外周生物鐘和與之相關的控制葡萄糖、膽固醇、脂肪酸穩態以及宿主代謝健康的肝臟和腸道代謝調節因子的表達是必需的。然而，使用腸道微生物去除耗盡模型研究腸道微生物組和外周生物鐘之間的關係存在弊端，這種模型方法不能解釋飲食誘導微生物群落動力學的擾動是否會通過晝夜節律不同步影響宿主代謝。
限時餵食 (TRF) 對宿主代謝健康有很多好處。在小鼠高脂飲食模型（無論餵食的是哪種致肥飲食）, TRF 減少肥胖、炎症，改善葡萄糖耐量以及膽固醇的穩態，以及逆轉先前存在的代謝綜合徵。大多數腸道微生物組的研究都集中在大腸或更容易接近的替代物——糞便上。然而，腸道的其他區域在宿主體內代謝平衡中起著更重要的作用，特別是迴腸具有獨特的消化和吸收功能以及微生物組成。儘管如此，很少有研究強調回腸微生物群的重要性及其對宿主代謝健康的影響。
2022 年 7 月 5 日，來自加利福尼亞大學等單位的科學家在Cell Reports 發表了題為 “Diet and feeding pattern modulate diurnal dynamics of the ileal microbiome and transcriptome” 的研究長文，該團隊系統分析了在正常飲食、高脂飲食、限制時間的高脂飲食條件下回腸菌群的組成和轉錄組的動態改變，以確定高脂飲食和進食時間對迴腸菌群種類及晝夜節律的影響。
研究者首先分析了 HFD 和 TRF 對迴腸微生物組成和晝夜節律的影響。分別收集限時高脂飲食組（FT）、自由高脂飲食組（FA）和正常飲食組（NA）餵養三組小鼠每天不同時間點回腸樣本，以研究腸腔和粘附細菌的日間動態。
結果顯示食物熱量相同的情況下，TRF 能改善高脂飲食誘導的體重和血糖水平。高脂飲食可顯著降低迴腸菌群的 a – 多樣性和 β- 多樣性。限時高脂飲食組和自由高脂飲食組小鼠的微生物組組成差異較小，表明飲食種類比起餵養方式來說更加影響迴腸微生物組組成。自由高脂飲食組中乳球菌屬和丹毒梭菌屬比限時高脂飲食組富集。另外，自由高脂飲食小鼠中保持節律震盪的微生物豐富度不到正常飲食組小鼠的一半，而限時高脂飲食的小鼠與對照組小鼠出現類似水平的週期性波動，表明微生物晝夜節律與 TRF 對代謝功能的益處有關。
研究團隊研究了在不同飼餵和取食條件下回腸微生物群隨時間變化的相對丰度，以便明確迴腸微生物群落的週期性振盪以及確定它們在宿主代謝中的重要性。結果顯示所有實驗條件中優勢菌屬均是厚壁菌門，乳酸菌在所有實驗組中均被發現，其在高脂餵養條件下小鼠活動時期（黑暗期）丰度大大降低。另外，正常飲食組和限時高脂飲食組小鼠的葡萄球菌在黑暗期開始時中均出現一個急速上升。
接著研究者們探究宿主節律基因是否影響迴腸菌群組成和晝夜節律。研究者使用了 Cry1;Cry2 雙敲除小鼠 (CDKO) 測試生物鐘基因對微生物組動力學是否重要。CDKO-NA 小鼠迴腸中的微生物節律完全消失，PCoA 分析反映了這些老鼠紊亂的餵食睡覺節奏，在迴腸中發現的最常見的細菌小鼠屬於丹毒菌科和乳酸菌科。這些結果表明，宿主分子生物鐘與菌群迴腸動力學有關，干擾宿主生物鐘可能通過干擾進食模式擾亂迴腸菌群的晝夜節律。
因為微生物群落的每日動態會影響肝臟轉錄組，研究者假設迴腸轉錄組也會受到腔內振盪的影響。與 NA 相比，高脂飲食中轉錄本顯著降低，FT 中部分維持不變。三種餵食組中有 1862 個具有晝夜週期的蛋白質編碼基因重疊。HFD 通過誘導向光的相位轉移擾亂自由高脂飲食小鼠的節律，TRF 維持 FT 小鼠中這些轉錄本。這表明有節奏的腔內動力學是與 TRF 對宿主外周生物鐘的晝夜節律有關。正常飲食組和限時高脂飲食組小鼠之間共同週期基因富集分析表明，其與磷脂代謝、自噬和晝夜節律相關，HFD 破壞了主要晝夜節律基因包括 Rev-erb, Per3，Clock，Bmal1 和 Cry1，所有這些基因都在 TRF 中保持不變。
小鼠迴腸樣品在不同的飲食和飼養條件下有區別，這可能表明單獨的代謝表型並不決定迴腸的轉錄活性。TRF 對基因表達的影響更大，例如增加 FT 和 FA 中迴腸 DE 基因數量較 NA 和 FA 多。HFD 可破壞 DE 基因轉錄組的動態晝夜變化。
自由高脂飲食 FA 中參與對細菌免疫反應的基因表達水平降低，特別是⍺-defensins。
TRF 改善了 HFD 小鼠的胰島素敏感性和肥胖，那麼在腸道微生物組和迴腸時鐘保持晝夜振盪的背景下，進食方式如何影響腸道代謝訊號通路？研究者發現，高脂飲食破壞 GLP-1（一種主要的血糖調節迴腸激素） 和膽汁酸訊號通路，但 TRF 飲食可逆轉受損的訊號通路。Gcg 和 Dpp4 在自由高脂飲食時表達水平下降並且失去晝夜節律。然而，TRF 維持了兩者的晝夜動態，並導致參與 GLP-1 訊號轉導的其他轉運蛋白的基因表達發生變化。此外，膽汁酸池、轉運、再吸收和訊號傳導也在自由高脂飲食組中受到損傷，但仍可由 TRF 逆轉。
綜上，腸道微生物組的組成振盪對正常的外周晝夜節律至關重要，而這兩者在飲食誘導肥胖 (DIO) 中被打亂。雖然限時飼餵 (TRF) 保持了晝夜節律的同步性，並防止 DIO 的發生，但它對盲腸腸道微生物群動態的影響不大。因此，腸的其他區域，特別是迴腸，腸促胰島素和膽汁酸訊號的中樞，可能在影響外周晝夜節律中發揮重要作用。該研究證明了飲食和餵食節律對小鼠迴腸微生物組組成和轉錄組的影響。DIO 抑制了迴腸微生物組組成和轉錄組的動態節律。TRF 部分恢復迴腸微生物組和轉錄組的晝夜節律，增加 GLP-1 的釋放，並改變回腸膽汁酸池和 FXR 訊號，這可以解釋 TRF 如何發揮其代謝效益。
該研究提供了充分的探索迴腸微生物組和轉錄組晝夜節律的資料，為充分理解迴腸在腸道菌群和疾病發生之間的關係中的重要作用提供了科學依據，也開啟了迴腸在腸道菌群舞臺之旅。
參考文獻：
Diet and feeding pattern modulate diurnal dynamics of the ileal microbiome and transcriptome.Cell Rep. 2022 Jul 5;40(1):111008. doi: 10.1016/j.celrep.2022.111008.