Your diet can change your immune system — here’s how
通过间歇性禁食来重新启动你的免疫系统。用植物性饮食帮助你的“好”细菌茁壮成长。早上喝咖啡:蘑菇茶可以增强你的抗癌能力。诸如此类的说法,将健康、饮食和免疫力联系在一起,轰炸了超市购物者,充斥着新闻。
除了标题和产品标签,许多此类声明的科学基础通常基于有限的证据。这部分是因为进行严格的研究来跟踪人们吃什么和饮食的影响是一个巨大的挑战。此外,动物和细胞研究结果与人类健康的相关性还不清楚,有时为了商业利益而被夸大,这助长了营养科学中的怀疑。
然而,在过去五年左右的时间里,研究人员开发了营养免疫学的创新方法,有助于弥合这一可信度差距。例如,尽管营养科学家通常研究定义松散的地中海或西方饮食的长期影响,但今天他们可以获得工具,让他们放大更窄的食物群体和特定饮食成分的短期影响——有益和有害的——并探索食物对免疫力影响的分子机制。
地中海饮食与免疫治疗反应有关
四月份新英格兰医学杂志发布了一系列关于营养、免疫和疾病的综述文章,今年1月,美国卫生与公众服务部在华盛顿州DC召开了首次食品与药物峰会,探讨了食品不安全、饮食和慢性病之间的联系。
一些研究者认为现代饮食,尤其是西方世界,扭曲了我们的免疫反应,破坏了免疫弹性。更乐观的是,其他人说饮食也可以帮助治疗一系列健康问题,如癌症和慢性免疫疾病,如狼疮。
现在还为时尚早,但该领域的许多科学家对此充满希望。德国汉堡大学医学中心的免疫学家Francesco Siracusa说:“我们正在更多地了解如何用单一成分或食物成分的组合来调节免疫系统。”他说,作为一种潜在的疗法,“过去五到六年个性化营养领域的蓬勃发展非常令人兴奋”。
纤维和脂肪
自希波克拉底以来,医生们一直在探索饮食和健康之间的联系。1912年,波兰生物化学家卡西米尔·芬克提出,缺乏他称之为“维生素”的必需营养素会导致坏血病和佝偻病等疾病;后来对维生素的研究证实了它们在免疫中的作用。
在过去的十年中,随着“组学”技术的日益普及,可以对细胞或组织中的基因和蛋白质等整套生物分子进行分类和分析,这帮助研究人员解开了不同饮食和饮食成分影响免疫系统进而影响健康的机制。
许多实验室都对利用免疫系统治疗当今最紧迫的健康问题之一:肥胖感兴趣。密苏里州圣路易斯华盛顿大学医学院的免疫学家Steven Van Dyken一直在研究通常由过敏原和寄生虫引发的免疫反应,以了解它是否有助于调节新陈代谢。
他和其他人之前已经观察到一种叫做几丁质的膳食纤维是如何激活这种被称为2型免疫的免疫反应的,几丁质在蘑菇、甲壳类动物和可食用昆虫中含量丰富。Van Dyken和他的团队想知道高几丁质饮食对新陈代谢有什么影响。
所以他们给老鼠喂这样的食物,并观察到它们的胃比正常饮食的老鼠伸展得更多。拉伸激活了2型免疫,这反过来又触发了几丁质消化酶。但阻止这种酶发挥作用也有明显的好处:与喂食几丁质的正常小鼠相比,转基因小鼠体重增加更少,体脂更少,胰岛素敏感性更好1。甲壳质还引发了胰高血糖素样肽-1 (GLP-1)水平的增加,这是Ozempic (semaglutide)和其他类似减肥药物模拟的激素,有助于抑制食欲。
调整几丁质、免疫和健康之间的关系——例如,通过降低几丁质消化酶的水平——可以为抑制食欲药物等疗法的开发提供信息。“以前的研究表明,甲壳质可能会激活类似的人类免疫反应,”范·戴肯说。他说,使用甲壳质和酶来调整这些免疫反应可能“代表了代谢疾病如肥胖症的治疗目标”。Van Dyken是一名专利申请的发明人,该专利申请涉及在呼吸和代谢疾病的治疗中使用几丁质和酶。
肥胖、免疫力和健康之间的联系不止于此。银屑病是一种自身免疫性疾病,其中皮肤细胞在干燥的鳞状斑块中积累,在肥胖人群中的发病率是非肥胖人群的两到三倍。并且已经证明体重减轻可以改善银屑病的症状。
佐治亚州亚特兰大市埃默里大学医学院的免疫学家李想知道肥胖是如何破坏皮肤免疫系统的。先前的研究表明,高脂肪饮食是如何通过增加引起炎症的免疫细胞的激活来驱动银屑病的。利用RNA测序,李和他的团队清点了瘦小鼠的皮肤免疫细胞,并发现了一群T细胞,它们通常可以抑制银屑病引起的炎症2。但是当他们在高脂肪饮食的肥胖小鼠中寻找相同的细胞时,他们发现水平低得多——伴随着银屑病炎症的升高。通过搜索从银屑病患者身上提取的细胞的研究数据,李还发现了与小鼠体内相同的细胞被破坏。
虽然李专注于相关的基本机制,但他希望他的工作将有助于改善这种疾病的治疗。
盛宴和饥荒
如果暴饮暴食和肥胖以多种方式损害健康,那么放弃食物会有相反的效果吗?免疫系统是否也在其中发挥了关键作用?
越来越多的证据表明,禁食可以降低多种疾病的风险,包括高血压、动脉粥样硬化、糖尿病和哮喘,在某些情况下,这是通过免疫系统实现的。例如,禁食已被证明会减少循环单核细胞的数量,单核细胞是保护身体免受外来入侵的细胞,但它可能是几种自身免疫疾病的标志3.
一些研究人员认为,他们可以利用这些证据来治疗患有这些疾病的人,而不需要他们少吃东西。例如,位于合肥的中国科学技术大学的神经科学家程展希望研究脑干中有助于调节免疫系统的一组神经元,看看操纵它们是否能产生预期的效果。
溜溜球节食通过重新编程免疫系统加速心血管疾病
在1月份发表的一篇论文中,詹和他的团队证明了这些神经元在小鼠禁食时被激活,并导致T细胞从血液、脾脏和淋巴结撤退到它们的中央储库骨髓4。詹还使用了一种自身免疫性疾病多发性硬化症的小鼠模型来表明,这些神经元的持续激活显著缓解了瘫痪,防止了与疾病相关的体重减轻,并增加了存活率。
詹说,诸如此类的发现可以让人们在不挨饿的情况下获得禁食的好处。“这些神经元可以被电刺激、小分子或其他活动激活,”他说。
虽然在过去十年左右,支持禁食作为一种疗法的证据越来越多,但在某些情况下,减少热量摄入可能会产生不利影响。例如,它可以减弱免疫反应。在去年发表的一项研究中,纽约市西奈山伊坎医学院的免疫学家菲利普·斯维斯基(Filip Swirski)和他的同事记录了禁食小鼠血液中循环的单核细胞减少了90%,而骨髓中产生这些细胞的细胞增加了5.
当小鼠在禁食24小时后进食时,单核细胞以异常大量的数量回流到血液中,导致单核细胞增多症,这种疾病通常与传染性和自身免疫性疾病有关。这些禁食后的单核细胞也比正常人活得长,并且引发炎症的阈值也比正常人低。当研究人员感染禁食的老鼠时铜绿假单胞菌这是细菌性肺炎的一种常见原因,与未禁食的对照组相比,这些动物死得更早,数量也更多。
普通甜味剂抑制小鼠免疫系统——高剂量时
Swirski认为,当能量储备较低时,身体保存其单核细胞储备作为一种保护机制。然而,如果禁食时间延长,成本可能会超过收益。
需要进一步的工作来理解这项研究对人类的影响,但是Swirski说它可能会警告不要过度或长时间禁食。“有大量证据表明,禁食可能是有益的,但有时这是为了找到一种平衡,而不是将你的系统推向极端。”Swirski本人倾向于不吃午餐,“但我不想吃得太快”,他说。
禁食在数小时内重新分配免疫细胞。饮食中的其他变化也能促使免疫力发生类似的快速、短暂的变化。Siracusa说,研究这些变化对研究人员有帮助,部分是因为这有助于他们避免可能破坏长期饮食变化研究的混杂因素。他研究了“盛宴饮食”的影响——过度沉溺于高能量、高脂肪食物的倾向。
Siracusa和他的同事给老鼠喂了三天“放纵的”低纤维高脂肪食物,然后喂了三天正常食物,然后重复这个循环。高脂肪饮食的转变抑制了免疫力,使老鼠更容易受到细菌感染6。它减少了帮助身体检测和记忆病原体的某些T细胞的数量并破坏了它们的功能;进一步的测试表明,缺乏纤维损害了肠道微生物群,而肠道微生物群通常支持这些T细胞。“我很惊讶,仅仅改变饮食三天就有足够的时间来观察这些对适应性免疫系统细胞的显著影响,”Siracusa补充道。
当Siracusa让六名志愿者从高纤维饮食转向低纤维饮食时,他在他们的T细胞上看到了类似的效果。像任何节日盛宴一样,这种影响是短暂的,但Siracusa认为,观察这些与饮食变化有关的早期免疫事件可以揭示慢性免疫疾病的原因。然而,他强调,他不会根据这个小规模的原则验证实验来推荐饮食。此外,在老鼠身上的研究只能为人类身上发生的事情提供线索。
人体试验
在人身上确认这些线索可能很困难。精确控制研究参与者长期吃什么是一个挑战,让他们准确回忆和记录每天的饮食也是如此。马里兰州贝塞斯达美国国家糖尿病、消化和肾脏疾病研究所的综合生理学家凯文·霍尔说:“一种方法是让人们只吃你提供给他们的食物。”。“然而,我们知道,当你这样做时,他们平均消耗400卡路里的课外食物。”
因此,霍尔和他的同事们更进一步。在过去的十年里,他们做了许多试验,志愿者同意被限制在美国国立卫生研究院研究医院的一个病房里,在那里他们的饮食可以被严格控制,他们的反应可以被测量。
尽管霍尔的主要兴趣围绕着不同饮食对新陈代谢和身体成分的影响——例如,他的团队研究了超加工食品对体重增加的影响——但在2024年的一项研究中,他与当时在贝塞斯达美国国家过敏和传染病研究所的免疫学家Yasmine Belkaid合作,调查不同饮食引起的免疫系统变化。
霍尔和贝尔凯德现在是巴黎巴斯德研究所(Pasteur Institute)的主席,他们招募了20名成年人住院四周,并随机让他们在前两周接受生酮饮食(以动物产品为基础,碳水化合物含量低)或纯素食、低脂肪饮食,然后在最后两周接受交替饮食。血液样本显示,转向任何一种饮食都与不同免疫细胞的数量以及其中哪些基因被激活的明显变化有关7.
在进行生酮饮食时,参与者的T细胞和B细胞的水平和活性都有所提高,这些细胞是适应性免疫系统的一部分,该系统可以产生识别特定敌人的“精确”反应。素食者的先天免疫反应增强,比适应性反应更快,特异性更低。Belkaid很高兴看到如此清晰的结果,并对其临床潜力感到兴奋,但拒绝在现阶段提供基于这些结果的饮食建议。然而,她说,尽管年龄、遗传和体重存在差异,但在短短两周内,“看到免疫系统效果如此趋同,令人惊讶”。“下一步是在临床试验中测试特定条件下的饮食干预,就像我们对药物所做的那样严格,”她说。
霍尔的小组正在考虑将狼疮患者纳入研究,以比较不同饮食的效果。其他人已经对生酮饮食作为银屑病的附加疗法进行了初步研究8和1型糖尿病9。利用饮食和营养来提高针对癌症的免疫系统疗法效果的研究也有了大幅增加10。一项发表于2021年的研究发现,较高的膳食纤维摄入与接受黑色素瘤免疫疗法的人的存活率提高有关,并且患有黑色素瘤并被喂食低纤维饮食的小鼠在其肿瘤附近具有较少的杀伤T细胞(攻击癌细胞)11.
贝尔凯德承认,要解开特定饮食对不同健康状况人群免疫系统的影响,还有很多工作要做。然而,她和Siracusa是越来越多的免疫学家中的一员,他们乐观地认为,他们和其他人发现的机械见解是针对一系列医学疾病的个性化饮食的第一步。“我可以想象,在未来10年,我们可以获得严格的饮食建议,可以应用于一系列临床环境,”她说。“我认为高度知情的营养具有巨大的临床潜力。”
自然 634, 528-531 (2024)
多伊:https://doi.org/10.1038/d41586-024-03334-0
参考
金博士。以及其他人 科学 381, 1092–1098 (2023).
西瓦萨米山口以及其他人 免疫 56, 1844–1861 (2023).
约旦。以及其他人 细胞 178, 1102–1114 (2019).
王湖以及其他人 自然神经科学。 27, 462–470 (2024).
让桑以及其他人 免疫 56, 783–796 (2023).
锡拉库萨岛。以及其他人 自然免疫。 24, 1473–1486 (2023).
林克,维姆以及其他人 自然医学。 30, 560–572 (2024).
卡斯塔尔多湾以及其他人 J.蛋白质组研究。 20, 1509–1521 (2021).
刘,Z. Z. X,圭尔菲,K. J .,戴维斯,E. A .,琼斯,T. W .和福涅尔,P. J .迪亚贝特。医学。 35, 1258–1263 (2018).
戈隆科。以及其他人 细胞死亡疾病。 15, 254 (2024).
北卡罗来纳州斯潘塞以及其他人 科学 374, 1632–1640 (2021).