肥胖星球：为什么会胖？
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我们与动物的关系历史悠久且深刻。从身体到行为，从心理到社会，形成了我们日常生存奋斗的基础。人兽同源学为我们提供了新的视角。医生和患者都需要让思考跨越病床界限，延伸到农家院、丛林、海洋和天空。因为这个世界的健康并不只取决于我们人类，而是由这星球上素有生物的生活、成长、患病和痊愈来决定。芭芭拉·纳特森-霍格威茨与凯瑟琳·鲍尔斯两位作者撰写的《共病时代：动物疾病与人类健康的惊人联系》（三联书店 2017-9），呈现了许多跨物种健康问题的奇妙趣事。今天的微信节选自“第七章 肥胖星球：动物为什么会胖，如何瘦下来”。
肥胖流行是当代最严重且最具毁灭性的健康问题，有科学家称肥胖是"一种环境疾病"，生活在有丰足、随时能取用的食物的环境下，无论你是哪种生物，都注定变得肥胖。不过，人兽同源学的观点揭露了其他因素。这些因素是我们平常看不见，也很少想过它们可能在肥胖当中扮演的角色。原来，驱动胃口与新陈代谢的力量有宇宙般广大的，也有显微镜下才看得见那样微小的。这些力量远比食物分量大小、热量高低，运动量多寡更为复杂、更出乎意料。通过人兽同源学的方法，让我们对变胖的原因和方式有了更微妙的领会。
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秘密藏在肠道里
文 | [美]芭芭拉·纳特森-霍格威茨/[美]凯瑟琳·鲍尔斯
译 | 陈筱宛
每年秋天,在10月的第二周前后,布鲁克菲尔德动物园的两只公短吻鳄会突然停止进食。在将近六个月的时间里,加斯东和堤博依拒吃任何食物。等到4月初,当它们开始大吼大叫,尝试袭击管理员时,动物园的营养学家珍妮弗·沃茨就知道它们已经准备好恢复享用自己的鼠兔大餐了。正常进食持续到次年10月,它们又会再度拒绝进食。
这两只短吻鳄的喂食时刻表这么规律是有理由的:它们的体内有发条装置。
大家都知道,地球上年复一年地总是春夏秋冬接替上场,从无例外。随着一年中的时间与所在地的纬度不同,每天的日光照射量都会非常规律地增或减。每一天的生活也会遵循既重要又熟悉的固定时间表运行。数十亿个日子以来的每一天,日光会依循我们星球稳定的日节律,尾随黑暗出现。30多亿年来,地球从有了最早的单细胞生物开始,便与此一起演化。日节律加上地球绕着太阳公转所产生的昼夜节律,影响了生物的饥饿、摄食,甚至消化作用。
回想30年前我刚踏入医学院时,如果在研讨会上听见昼夜节律和日节律与食物选择、营养学,乃至于降低肥胖有关,我肯定会放声大笑。这些就像是《老农民历》中的趣闻,始终一致且可预期,能在植物与动物身上得到验证,但却带有浓浓的民俗感与神秘感,不论从任何标准的科学角度来看,实在都很难自在地运用。
过去十年来,事情有了变化。分子生物学家已经找出日节律背后的根据:遍布我们全身上下,能追踪时间的真正"时钟"。我们一直能够感受到它们听不见的"嘀嗒声",只不过突然间我们可以看见各式各样的"时钟",以及它们的运行是多么一致。
人类身体的所有细胞,从表面的头皮细胞到体内深处的心脏细胞,全都包含了由"生物钟基因"打造的定时器。这些定时器决定了一切,从你能燃烧多少卡路里到你何时想吃东西。科学家不只在动物细胞中找到这些定时器,也在植物、细菌、真菌和酵母菌的细胞中找到这些远古的跨物种定时器。就连蓝藻这种地球上最古老的单细胞生物,都会在其定时器的安排下展现出日节律。
所谓的高等动物(也就是那些有大脑的生物)演化出一种"任务管制"装置,负责协调所有来自远程细胞中无数个定时器传回来的信息。这个装置被称为视交叉上核。在人类身上,它由大量细胞集合成松果的形状,大约一粒芝麻大小,位于下视丘的视神经交叉上。身体接收到的外部信号称为"给时者",会对我们所有的身体功能发挥强大的效力。体温、饮食、睡眠,甚至社交都会影响我们的生理时钟。不过,最有影响力的给时者显然是日光。当日光穿透双眼,信号会传到视交叉上核,此时,视交叉上核会让外部的时间信号与遍布体内各处的内部定时器同步。
新近的研究显示,光线穿透你的双眼、并将信号传到视交叉上核的时机和数量,或许在决定你的洋装或裤子尺寸上,扮演了沉默且未被承认的角色。有好几项调查发现,轮班工作与人类的肥胖是有关联的。其中一种假设是,体重的增加可以归咎于缺乏睡眠。不过来自动物世界的调查指出,可能不是少睡的那几个小时造成的,而是光暗周期被打破了。发表于《美国国家科学院学报》的一项啮齿动物研究显示,住在一直有光的地方(无论光线明亮或昏黄)的老鼠,其身体质量指数和血糖浓度都高于住在光暗循环标准环境中的老鼠。
培育肉鸡的农夫会通过光照量调控鸡的体重。《世界家禽》产业通讯曾报道在一项研究中,"处于昏暗照明下的肉鸡,其重量比起置身于明亮光线下的鸡大约重70克"。
让我们回头想想布鲁克菲尔德动物园的那两只短吻鳄。10月和4月的差别并不是它们的活动产生变化,它们不会突然被强迫保持清醒或轮班工作;也不是温度的问题,它们待在有温控的场所;让它们开始与停止进食的,是光线。
研究显示,暂时中断日节律,即使是转换到日光节约时间的那一小时差别,都可能增加抑郁症、交通事故和心脏病发的概率。这些节律会影响动物的吃喝与新陈代谢,因此,很难想象它们对人类的胃口不起任何作用。来自灯具、电视和计算机的环境光线能带给我们惊人的灵活度与生产力,可是它会中断数十亿年来地球上无数生物打造出来、共享的每日与每年的周期。
全球性因素(如日节律)能影响个别动物的生物钟,并决定它进食的时间和分量。但是,动物体内深处有另一个更神秘且强有力的过程正在发生。虽然没声音也看不见,但这个内在驱力解释了体重增加变异之谜:为什么同样的食物让两个邻居、两个亲戚,甚至是同一只动物在一年当中不同时间吃下肚后,结果会完全不同?
有些动物的肠子能表演惊人的把戏,它们能像手风琴般展开又缩回。这听起来也许不够厉害,但是它对体重的影响是很深远的。它能让身体根据之后要面对什么样的任务,来从完全相同的食物中吸收高低有别的热量。
其中的机制很简单:一束贯穿整副肠子的长条状肌肉让肠子能收缩,也能扩张。当肌肉紧缩时,肠子变短、变密实、变小;肌肉放松时,则变长。当肠道伸展、变长时,与通过肠道的食物相接触的表面积就会增多。这让细胞能从中提取较多的营养和能量。当肠道缩短时,部分通过肠道的食物根本没有被吸收。
某些小型鸣鸟的肠道会在迁徙前数周增长20%,此时快速增胖能为其旅程提供动力。同样,在迁徙前的进食期间,某些?(grebe)和涉禽的肠道表面积会扩增为原来的两倍。等它们增胖到足以负荷这段长途飞行后,肠道会再次缩短。
鱼、蛙和哺乳动物(如松鼠、田鼠与小鼠)也具有这种让肠道伸长与缩短的能力。加州大学洛杉矶分校的生理学家、作家贾里德·戴蒙德曾研究蟒蛇的肠,想找出这些蛇如何能禁食数月的线索。跟那些鸟与小型哺乳动物一样,蟒蛇的肠是动态的反应性器官,能够根据食物的种类与食物通过肠道的时间,调节肠道尺寸。
许多动物可以"自然地"做到我们得花大把钞票,通过减肥手术切除或绕过部分的胃或小肠才能完成的事。对动物而言,较短的肠道意味着吸收的热量与营养较少,它跟外科手术无关,而与肌肉活动有关——由特定食物、季节的信号和其他未知的因素,引起胃肠的伸展与收缩。
人类某些原因不明的体重增加,会是人类肠道那手风琴般能伸长与缩短的皱褶所引起的吗?很可惜的是,少有研究直接探讨我们的肠道何时或是否成功完成了相同的把戏。不过这倒是个很有趣的线索。人类的肠道也是由平滑肌构成的,而且我们从尸体解剖得知,人类死后,平滑肌的约束力会失去作用,因此肠道会比生前长大概50%。也许在活着的时候,动态的肌肉活动能让人类肠道调节它的卡路里吸收长度,以适应药物、荷尔蒙,甚至是压力——这些是患者并未增加进食量而体重却莫名其妙地增加时,经常被搬出来解释的因素。许多常用药物会导致体重增加,但原因不明。说不定是这些药物对平滑肌产生作用,促成像鸣鸟那样的肠道延展,导致吸收了更多热量,使得体重因而增加。
可是,撇开让我们的肠道忽长忽短的惊人生理机能不谈,动物的肠道还有另一条关于体重这个复杂议题的线索。肠道内部是人类肉眼看不见的小宇宙,科学家正开始探索进而了解它。
每个动物(包括人类)的结肠深处,都有一整套蓬勃发展的生命体系。这些生物比好莱坞特效实验室能想象到的任何生物更奇怪、更不可思议。有尾巴细长如鞭的细菌、三只脚的病毒、有褶边的真菌,以及得用显微镜才看得见的蠕虫。数兆个微小到肉眼看不见的生物以我们的肠道为家——科学家将这个黑暗、拥挤的世界称为"微生物群系"。我们的皮肤、口腔、牙齿,甚至一度被认为是无菌的区域,比如肺脏全都挤满了看不见的生物,以至于我们身体每十个细胞中只有一个才是真正的人类细胞,其他都是很小的微生物。成年人体内这个殖民地的开拓深入,让某些遗传学家忍不住称它为"超级有机体",它指的是存活在人类体内的人类细胞,加上所有微生物所形成的集合体。我们每个人就像一块珊瑚礁,一处小生境,庇护着由看不见的野生居民组成的独特团体。
一般说来,我们应该感谢这些数以兆计的微小生物和植物愿意住在我们的肠道里。它们中有许多会分解我们的食物,为我们的细胞准备容易吸收的养分——这些过程是人类细胞无法自行办到的。微生物学家才开始探索人类基因序列如何与我们体内的这些微生物居民互动。他们发现,这些外国侨民聚居地可能不只影响我们的消化与代谢,还会驱使我们选择或渴望特定食物。
原来,我们肠道内的微生物群系主要有两大类细菌:厚壁菌门与拟杆菌门。21世纪初,圣路易斯华盛顿大学的遗传学家研究这些细菌如何分解我们无法自行消化的食物,有了很有趣的发现。肥胖者的肠道中有较高比率的厚壁菌门细菌。随着肥胖者在一年中的减肥,肠道内微生物群开始看起来更像那些精瘦者的状态——拟杆菌门细菌的数量超过了厚壁菌门细菌。
研究者用小鼠做实验,也发现了相同的状况。肥胖小鼠的肠道内有较多的厚壁菌门细菌。有趣的是,胖鼠的排泄物比瘦鼠的排泄物含有较少的卡路里,也就是说,胖鼠从同样分量的食物中能吸收更多能量。这不禁让研究人员怀疑,厚壁菌门细菌能从通过消化道的食物中以超高效率提取热量。一篇发表于2006年12月《自然》的文章提到这项研究时写道:"肥胖小鼠肠道中的细菌,似乎能协助它们的主人从吃进肚里的食物中榨取特别多的卡路里,随后当成能量来使用。"
这表示,一个繁荣的厚壁菌门细菌菌落或许能协助某人从吃下的一颗苹果中获得100卡路里。他朋友的肠道中也许拟杆菌门细菌的数量占多数,所以只能从同一颗苹果中得到70卡路里的热量。这或许是为什么你的同事能吃下比别人多出一倍的食物,却似乎从来不会发胖的原因之一。
假如我们每人的"特调"肠道细菌能左右我们从食物中获得多少能量,那么能驱使体重上升与下降的因素就未必只有饮食和运动。微生物群的作用对昔日无懈可击的"摄取多少热量,就得消耗多少热量"提出了质疑。
事实上,兽医很早就知道微生物群系对动物的新陈代谢功能具有何等力量。对反刍动物和其他所谓的肠发酵动物(例如马、乌龟,以及某些猿类)而言,少了适当均衡的微生物,营养吸收和消化等功能便无法运作。尽管过去我念医学院时对肠道菌群(gutflora)的威力全无所闻,但布鲁克菲尔德动物园的营养学家珍妮弗·沃茨告诉我,在她接受营养学训练时,师长再三强调的一项核心原则:"先喂肠道微生物,接着才喂食物。"她的做法是,确保动物先吃下均衡的嫩叶(新鲜的绿叶蔬菜)与青贮料(部分发酵的植物)。吃青菜对我们的健康有益,不只是因为它们提供了膳食纤维,或许它们也滋养了我们肠道内有益微生物的菌落。或许每次我们吃沙拉时,实际上是在喂我们的肠道微生物。
还有另一群兽医也熟知微生物群系的威力,他们负责监督照料我们刻意喂胖的动物——家畜。如今集约畜牧(factoryfarming)的农场经常用抗生素喂动物,从680公斤重的肉牛到28克重的雏鸡,全都遵照办理。那些抗生素在动物肠道中对肠道微生物菌落产生的效用,也许含有人类肥胖流行的重大线索。
我早就知道畜牧业会使用抗生素来遏止某些疾病的散布,尤其是在空间狭窄且充满压力的生活条件下。可是,抗生素不只杀死让动物生病的微生物,也会大量毁灭有益的肠道菌群。而且就算没有感染的问题,畜牧业者还是会定期施用这些药物。其中的道理可能会让你大吃一惊:仅靠抗生素,畜牧业者就能用较少的食物肥育他们饲养的动物。虽然科学界尚未弄清楚这些抗生素促进肥育的确切原因,不过一项可信的假设是,通过改变这些动物的肠道微生物群,抗生素创造出一种由擅长提取热量的微生物菌落所主宰的肠道环境。这也许是为什么抗生素不只能让拥有四个胃的牛增肥,同时也能让消化道跟我们比较近似的猪和鸡变胖。
真正的关键是,运用抗生素能改变农场动物的体重。类似的事有可能发生在其他动物(也就是人类)身上。任何能改变肠道菌群的东西,包括但不限于抗生素,不只与体重有关,还牵涉到新陈代谢的其他要素,譬如葡萄糖不耐症、胰岛素抗性以及胆固醇异常。此外,别忘了这数兆个组成人类肠道微生物群系的生物是不断通过复杂的方式彼此互动。它们有计时器,能对日节律有所反应。那个微小、有节制的小宇宙的动态群体对新陈代谢发挥的影响力,远大于医生曾经料想的。
当这项厚壁菌门与拟杆菌门的研究在《自然》发表后,激起了科学界探索在饮食与运动之外显然不太容易控制的肥胖风险因子的兴趣。许多网上论坛很快便叽叽喳喳地讨论起另一项不同的研究结果。该研究指出,拥有一个肥胖的朋友,会提高自身超重的概率。哈佛医学社会学家尼古拉斯·克里斯塔基斯与加州大学圣迭戈分校的科学家詹姆斯·福勒描述社会习惯与行为的"感染力"。胖朋友不良的食物选择与运动习惯,会影响你对食物的意志力与态度。克里斯塔基斯与福勒立刻补充说,这个发现的重点在于其象征性的说法。你不可能在减肥诊所的候诊室因为别人打了个喷嚏就染上"肥胖流感","具有感染力的"是其他人面对饮食的态度。
可是当我仔细研读动物文献后,我才知道传染性肥胖也许并不只是一种比喻的说法。根据某些专家的研究,它是真实存在的。韦恩州立大学的营养学和食物科学家尼基欧·德兰达尔解释说:"动物感染某些病毒时会变胖,这件事已经得到证实。"他称之为"传染性肥胖"。德兰达尔指出,有七种病毒和一种普恩蛋白(prion)与动物(包括鸡、马、狮子和小鼠)的肥胖有关。没错,传染性肥胖是通过微小的病原体散布或扩张的。
《共病时代：动物疾病与人类健康的惊人联系》
[美]芭芭拉·纳特森-霍格威茨 /
[美]凯瑟琳·鲍尔斯 著 陈筱宛 译
生活·读书·新知三联书店 2017-9
ISBN: 9787108059376 定价: 45.00元
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三联书讯 | 2017年9月
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