對於早八打工人來說,每天早上誰不會感嘆一句:「今天的命也是咖啡給的」?一杯咖啡下肚,靈魂歸位,戰鬥力瞬間拉滿
頂刊Science數據統計,全人類平均每天要喝掉22.5億杯咖啡,杯子連起來能繞地球7.5圈,堪稱真正的「環遊世界盃」。不過,這杯「續命水」可不止讓打工人從早八的混沌中清醒過來,研究表明,它還能默默給健康加分——降低全因和心血管疾病特異性死亡率,減少2型糖尿病風險,對抗非酒精性脂肪肝,甚至可能降低某些癌症的發病率。
近日,Nature Microbiology發表的一項最新研究提示,經常喝咖啡能塑造腸道微生物群。具體而言,咖啡攝入與特定腸道有益微生物(如L.asaccharolyticus)的豐度增加相關,這是一種天然存在的有機酸,在代謝和免疫功能中扮演重要角色。此外,研究還指出,經常喝咖啡的人體內L.asaccharolyticus水平是不喝咖啡的人的8倍。
咖啡和腸道微生物真的很「合拍」
咖啡和腸道微生物組之間到底有多深的「關係」?這項納入來自美國和英國22867名參與者,覆蓋超過5萬條樣本的大型研究告訴我們,答案遠比想像的更「親密」!研究團隊通過全球範圍內的宏基因組數據,把咖啡的飲用習慣和腸道微生物組的變化「對號入座」,終於揭示了這個「續命神器」的隱藏技能。
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這次研究可謂史無前例,數據來源廣泛且多樣,包括五個ZOE PREDICT隊列(PREDICT1、PREDICT2、PREDICT3 US21、PREDICT3 US22A和 PREDICT3 UK22A),以及身心研究(MBS)和男性生活方式驗證研究(MLVS)隊列。
這些隊列總共貢獻了35,214個宏基因組樣本,同時還結合了來自公共數據庫的18,984個樣本。這些樣本總計54,198個,也是「包羅萬象」:
健康個體(8,728例)、非西方化個體(1,195例),甚至還有新生兒與嬰兒(1,623例)
古微生物組樣本也被「收入囊中」(37例),連非人類靈長類樣本(201例)都沒放過
來自35種疾病患者的樣本(7423例)
值得關注的是,該研究不僅樣本數量巨大,數據也多維豐富:除了微生物數據,還分析了來自MBS和MLVS隊列的438個血漿代謝組數據和364個糞便轉錄組數據。此外,這些樣本中的23,115個還與詳細的飲食頻率問卷(FFQ)相結合,覆蓋來自PREDICT1、PREDICT2、PREDICT3 US22A、PREDICT3 UK22A、MBS和MLVS隊列的150多種食物。這陣仗,堪稱「腸道微生物組領域的王炸」。
樣本分佈和研究設計
使用FFQ對22,867名參與者對咖啡攝入情況進行調查
為了探究腸道微生物組與飲食模式的關係,研究人員使用了隨機森林算法,分析了腸道微生物在物種層面的組成特徵(即不同微生物種類的分佈情況),以評估這些特徵是否能夠準確預測某種食品的攝入量。結果令人震驚:咖啡是所有食物中與腸道微生物關係最「親密」的那一個。
在PREDICT1、PREDICT3 US22A和PREDICT3 UK22A三個隊列中,腸道微生物組預測的咖啡攝入量與實際攝入量的Spearman相關係數均超過0.5。而且,通過隨機森林算法構建的模型更是能精準區分咖啡攝入量高低,其曲線下面積(AUC)超過0.8,這表明咖啡的攝入量能通過腸道微生物組的特徵進行較為準確的預測。
相比之下,咖啡的「好搭檔」們——牛奶、奶油、糖和蜂蜜,表現就差強人意了:
勉強競爭者:在PREDICT3 UK22A隊列中,牛奶和豆漿/米漿的表現稍微好點,Spearman相關係數分別達到了0.26和0.21,AUC分別為0.76和0.7,但相比咖啡依然遜色不少。
預測力差到「看不見」:其它食物的Spearman相關係數基本不到0.1,AUC也只有0.55-0.58。
由此可見,在超過150種食物中,咖啡與腸道微生物的關聯最強,穩穩站在「C位」。
食物與微生物組相關性
喝不喝,區別居然這麼大!
既然咖啡攝入和腸道微生物組之間有着這麼緊密的聯繫,那飲用習慣和具體飲用量會不會與此存在關聯?
為了更深入細緻地研究咖啡攝入與腸道微生物組之間的聯繫,研究團隊基於咖啡攝入量,將參與者分為三組:
不喝咖啡(Never):每天攝入≤20g(每月少於三杯)。
適量飲用(Moderate):每天攝入20g-600g(每天不超過三杯)。
大量飲用(High):每天攝入≥600g(每天超過三杯)。
最終,研究包含了5,730名不喝咖啡者,14,647名適量飲用者,以及2,490名大量飲用者。
各隊列對「從不飲用」、「適量飲用」和「大量飲用」三組咖啡攝入群體的涵蓋比例(淺綠色:不喝咖啡;深青色:適量飲用;棕色:大量飲用)
研究團隊接着使用隨機森林算法,以腸道微生物基因組箱(SGB)的特徵數據作為原始數據,分析不同咖啡攝入量組之間的差異,構建了三個對比模型:
不喝咖啡vs.適量飲用者(Never vs. Moderate)
不喝咖啡vs.大量飲用者(Never vs. High)
適量飲用者vs.大量飲用者(Moderate vs. High)
結果很有意思:
不喝咖啡vs.大量飲用者:模型表現最優秀,預測準確性(AUC)高達0.92!這說明微生物組特徵能非常清晰地區分這兩類參與者。
不喝咖啡vs.適量飲用者:雖然稍遜一籌,但預測性能仍然很高,AUC達到0.86。
適量飲用者vs.大量飲用者:差異就不那麼明顯了,AUC只有0.63。
這些結果表明,咖啡攝入與腸道微生物組的關係,更多體現在喝與不喝的區別上,而不是具體喝了多少。
那腸道微生物組的這種「咖啡信號」到底有多可靠?為了進一步驗證模型是否適用於不同人群,研究採用了一種「留一數據集外」(LODO)的驗證方法。這意味着,每次把一個隊列的數據移除,用其他隊列的數據訓練模型,再用移除的數據進行測試。結果顯示,模型在不同人群中的表現依然很穩:
區分「不喝咖啡」與「大量飲用者」的準確性最高,AUC達到0.93。
區分「不喝咖啡」與「適量飲用者」也非常不錯,AUC為0.87。
「適量飲用者」與「大量飲用者」的差異則較小,AUC為0.65。
咖啡攝入預測模型
這些結果再次證明,腸道微生物組成能夠準確反映一個人是否喝咖啡,尤其是喝與不喝之間的區別特別顯著。但在適量飲用和大量飲用之間,差異並不明顯,提示咖啡對腸道微生物組的影響更偏向於「有沒有喝」,而不是「具體喝了多少」。更重要的是,這種「咖啡信號」在不同隊列、不同人群中表現出高度一致性。
L.asaccharolyticus:咖啡的「最佳拍檔」
咖啡和腸道微生物的這種高度「默契」,讓研究人員興奮不已。那麼,在眾多腸道微生物中,與咖啡關係最「親密」的「神秘選手」是哪一位呢?
於是,研究人員通過對SGB與咖啡攝入量的相關性分析,試圖揭開這一謎團。在調整了參與者性別、年齡和身體質量指數(BMI)等因素後,研究總共發現了298個顯著相關性(q<0.001),涵蓋130個微生物種群。令人驚訝的是,絕大多數關聯是正相關,這意味着咖啡攝入更多地促進某些腸道微生物的增長,而非抑制。
在這些微生物中,L.asaccharolyticus脫穎而出,成為咖啡的「最佳拍檔」。數據顯示,它和咖啡攝入的相關係數高達0.43。並且,這個「明星菌」也頗為神秘:它直到2018年才首次被分離,至今只有一個菌株存入了生物樣本庫中,堪稱一個「新秀」。
咖啡攝入與不同微生物種群豐度的部分相關係數,調整了性別、年齡和BMI的影響
既然咖啡和微生物之間有這麼強的「默契」,那麼這個作用是否由咖啡因驅動呢?為了弄清楚這一點,研究人員進一步對普通咖啡和脫咖啡因咖啡進行了獨立分析。結果令人驚喜:即便是在只喝脫咖啡因咖啡的情況下,依然發現了150個顯著相關性(q<0.001,n=12,089),而且這些相關性與普通咖啡的結果非常一致。這表明,咖啡對腸道微生物的影響並不完全依賴於咖啡因,而可能來源於咖啡中的其他成分。
咖啡的「神助攻」:L.asaccharolyticus的豐度顯著增加
根據前文已知,L.asaccharolyticus是咖啡在腸道微生物中的「最佳拍檔」,接下來得講講咖啡和這位「明星菌」之間的故事了。
首先,是一個關鍵問題——L.asaccharolyticus豐度隨咖啡攝入產生了什麼變化。在人群研究中,研究者分析了五個隊列的數據,發現L.asaccharolyticus的豐度隨着咖啡攝入量的增加而顯著提高:
不喝咖啡者(Never):流行率(即L.asaccharolyticus在個體中被檢測到的比例)為87.8%,豐度最低。
適量飲用者(Moderate):流行率升至95.6%,豐度比不喝咖啡者高出3.4到6.4倍。
大量飲用者(High):流行率達到97.7%,豐度比不喝咖啡者高出4.5到8倍。
雖然適量與大量飲用者之間的差異(約1.4倍)較小,但整體趨勢清晰表明:咖啡對L.asaccharolyticus的豐度有顯著提升作用,尤其在不喝咖啡和飲用咖啡者之間差異最為明顯。
L.asaccharolyticus豐度在人群中的變化
隨後,同樣為了弄清咖啡對L.asaccharolyticus豐度的這種提升作用是否受到咖啡因驅動,研究團隊測試了普通咖啡、脫咖啡因咖啡,以及不同製備方式(如摩卡和速溶咖啡)對L.asaccharolyticus豐度的影響,也得到同樣的答案:
所有咖啡組均顯著促進了L.asaccharolyticus的生長,豐度平均增加了3.5倍(350%),且這種促進作用不受咖啡因含量和製備方式的影響。在此基礎上,研究者也進一步給出了解釋,這背後的原因可能與咖啡代謝物——「咖啡因」「非咖啡因類(奎寧酸咖啡嘌呤)」的不同分工有關,前者主要為L.asaccharolyticus提供「養分」,幫助其生長;後者能增強對其作用(因而後者的作用更突出)。
MLVS隊列中,22種咖啡代謝物(已知代謝物和未注釋代謝物)在不同咖啡攝入組中的分佈模式
總結來說,這項研究揭示了咖啡攝入與腸道微生物群中特定細菌——L.asaccharolyticus的豐度和普遍性之間的顯著關聯。通過多隊列分析和體外實驗,研究者發現咖啡不僅能促進L.asaccharolyticus的生長,還可能通過影響腸道中特定代謝物的水平,特別是奎寧酸等來塑造腸道菌群。儘管目前尚不完全清楚L.asaccharolyticu水平較高對人體健康的確切影響,但研究人員認為這種細菌的變化很可能與咖啡攝入對健康的潛在益處有關。
咖啡控們,下次當你沉浸在那濃郁的香氣中時,不妨想想,腸道里可能正上演着一場「菌」舞飛揚的派對呢!我們的腸道小夥伴L.asaccharolyticus,正隨着喝的每一口咖啡,跳着歡快的增長舞步。這項研究不僅讓我們對咖啡的愛又多了幾分科學依據,還揭示了咖啡與腸道微生物之間的「甜蜜」互動。所以,以後再感嘆「今天的命是咖啡給的」,也許可以再加上一句:「感謝咖啡,讓我的腸道菌群也活力四射!
參考資料:
Manghi, P., Bhosle, A., Wang, K.et al. Coffee consumption is associated with intestinal Lawsonibacter asaccharolyticus abundance and prevalence across multiple cohorts. Nat Microbiol9,3120–3134(2024). https://doi.org/10.1038/s41564-024-01858-9