腸道微生物降解高纖維食物，增加骨密度，緩解骨質疏鬆

就在前段時間，各大鈣片廠商迎來了一次頗為嚴峻的危機公關。根據《JAMA》發布的一項隊列研究，額外補充鈣劑和維生素D竟然對降低骨折風險毫無益處[1]！

不過吧，這項研究還有存在爭議的地方，作者也在文中寫道，「臨床指南推薦骨質疏鬆的老年人群補充鈣和維生素D，來預防骨折。但是根據迄今為止發表的研究成果，分別補充鈣、維生素D或聯合補充，並沒有與骨折風險得出一致結論。」

家裡的鈣片要不要扔還是個問題，更重要的是，想骨頭健康點到底得吃啥？科學家說，或許可以吃點菜試試！

近期，《自然通訊》雜誌發表了一項研究成果，來自德國埃爾朗根-紐倫堡大學Mario Zaiss博士團隊揭開了高膳食纖維飲食與骨骼之間的小秘密。膳食纖維經過腸道微生物消化，產生的短鏈脂肪酸，能夠影響破骨細胞的代謝，顯著降低骨吸收、增加骨密度[2]。

考慮到短鏈脂肪酸本身也對免疫系統有正面的影響[3]，補充短鏈脂肪酸或進行高膳食纖維飲食，能夠預防絕經後的骨質疏鬆和關節炎帶來的鈣流失，並一定程度上緩解炎症！

Mario Zaiss博士

說起來這個事兒還有點神奇。膳食纖維想必大家都不陌生，這種健康成分對人體好處多多，增加飽腹感、促進腸道蠕動，對於三高人群和愛美人群真是再好不過。但是真是沒想到啊，居然對骨骼也有好處！

骨骼呢，主要有兩種細胞，一種是成骨細胞，一種是破骨細胞。顧名思義，成骨細胞是形成骨頭的細胞，破骨細胞則會吸收骨質中的有機物與礦物質，「破壞」骨頭。舉個簡單的例子，隨著我們長大，骨頭長長變粗，這是成骨細胞的功勞；骨頭變粗了，骨髓腔也要變大呀，這就要靠破骨細胞的骨吸收作用了。

成骨與破骨過程的平衡，是骨骼維持正常形態的關鍵。媽媽輩的女性，因為激素水平的變化，破骨細胞活躍，骨質流失加快，骨壁變薄，也就更容易骨質疏鬆。

考慮到骨骼穩態與免疫激活密不可分[4,5,6]，不約而同的，膳食纖維的微生物代謝產物短鏈脂肪酸（SCFA）也具有一定的免疫調節能力[3]，研究者不由得想，這是否意味著短鏈脂肪酸能夠影響骨骼穩態呢？

研究者嘗試著給小鼠補充短鏈脂肪酸。在為期8周的實驗中，研究者給正常的小鼠分別補充了乙酸（C2）、丙酸（C3）和丁酸（C4），小鼠血清短鏈脂肪酸水平顯著增加。結果顯示，小鼠的骨體積分數增加、骨小梁間隔縮短，在CT下，可以看到小鼠的骨量明顯增加。

骨體積分數增加（a），骨小梁間隔縮短（b），骨量明顯增加（c）

進一步分析，研究者發現小鼠血漿中CTX-1的水平降低了。CTX-1是骨吸收的標誌物，這意味著，導致骨骼降解的破骨細胞顯著減少了。同時，骨形成的的一些生物指標並沒有發生變化，說明短鏈脂肪酸隻影響破骨細胞，不影響成骨細胞。

此外，給人體補充14天的丙酸鈉，也顯著降低了骨吸收，骨形成則不受影響。

補充丙酸鈉之後，骨吸收標誌物下降

接下來檢測了小鼠的免疫細胞，發現雖然調節T細胞（Treg）的數量有所上升，但是相關的一些細胞因子水平基本上保持了不變。嗯？難道短鏈脂肪酸對骨骼的影響不是通過免疫系統實現的嗎？

為了確認這一點，研究者換了一種天生免疫缺陷的小鼠，它們不能產生成熟的T細胞和B細胞。結果挺有意思，補充C3和C4的小鼠，實驗結果與上文一致，但補充C2的小鼠破骨細胞沒有減少。一方面，這說明T細胞和B細胞摻和短鏈脂肪酸與骨骼的親密關係；另一方面，C2的作用機制很可能與C3、C4並不一樣。

正常小鼠（f）與缺陷小鼠（j）破骨細胞，可見C2治療在缺陷小鼠中沒能降低破骨細胞數量

最令人高興的是，研究者直接給小鼠餵了8周的高膳食纖維飲食（HFD），效果與直接補充短鏈脂肪酸是一致的，小鼠破骨細胞減少、骨量增加，同時骨形成作用不變。而且，不管是吃高膳食纖維飲食還是直接補充短鏈脂肪酸，小鼠的體重變化都是很正常的，和對照組一樣。

為了探索這背後的機制，研究者在體外進行了細胞實驗，發現C3和C4能夠抑制前破骨細胞的代謝，增加糖酵解，減少氧化磷酸化。要知道前破骨細胞的分化，可是十分依賴氧化磷酸化的呢！這也就是說，在一定濃度下，短鏈脂肪酸能抑制破骨細胞的分化。

破骨細胞數量減少

可見破骨細胞（紫色）分化幾乎被完全阻止

既然在正常的骨骼中都能夠增加骨量，那麼短鏈脂肪酸能不能用來治療那些病理性的骨質流失呢？

研究者嘗試給骨質疏鬆和關節炎的小鼠喂C3和C4。結果令人興奮，補充C3和C4能夠有效地預防骨質流失！這些小鼠骨量基本正常，體內CTX-1水平、破骨細胞數量都與沒做處理的正常小鼠一致。同時，血漿中短鏈脂肪酸的濃度達到了體外實驗的有效值。

其實，在體內實驗中，短鏈脂肪酸濃度還要比體外實驗的有效值更高一些，這也說明，在骨骼中的各種作用其實是更加複雜的，還需要進一步的探索。

骨質疏鬆模型中，補充短鏈脂肪酸能夠預防骨質流失

從目前的實驗結果來看，補充短鏈脂肪酸、尤其是丙酸和丁酸，或者是採取高膳食纖維飲食，能夠平衡骨穩態、抑制骨吸收，或許是用來治療骨質疏鬆的一個不錯的思路。考慮到短鏈脂肪酸對免疫系統的調節作用，對關節炎的緩解效果可能會更好。

Mario Zaiss博士說：「我們能夠證明，一種對細菌友好的飲食具有消炎作用，並且對骨密度有積極作用。我們的研究結果為開發治療炎性關節疾病的創新療法以及治療絕經後婦女經常遭受的骨質疏鬆症提供了有希望的方法。」

嗯，為了骨頭更健康，或許我們可以從多吃高膳食纖維飲食開始。高膳食纖維的食物都有啥？葉蔬、水果、豆類、全麥食品，balabala，吃去吧~

編輯神叨叨

骨質疏鬆！有葯的！問大夫！吃藥！

參考資料：

[1]Jia-Guo Zhao, et al. Association Between Calcium or Vitamin D Supplementation and Fracture Incidence in Community-Dwelling Older Adults. A Systematic Review and Meta-analysis. JAMA, 2017, 318(24): 2466-2482.

[2]https://www.nature.com/articles/s41467-017-02490-4

[3]Correa-Oliveira, R., Fachi, J. L., Vieira, A., Sato, F. T. & Vinolo, M. A.Regulation of immune cell function by short-chain fatty acids. Clin. Transl.Immunol. 5, e73 (2016).

[4]Takayanagi, H. Osteoimmunology: shared mechanisms and crosstalk between the immune and bone systems. Nat. Rev. Immunol. 7, 292–304 (2007).

[5]Gao, Y. et al. IFN-gamma stimulates osteoclast formation and bone loss in vivo via antigen-driven T cell activation. J. Clin. Invest. 117, 122–132 (2007).

[6]Teitelbaum, S. L. Bone resorption by osteoclasts. Science 289, 1504–15082000).

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