# 無蔗糖低脂飲食透過腸道菌群失調與結腸發炎誘發小鼠代謝功能障礙：Sucrose-Free Low-Fat Diet Induces Metabolic Dysfunction through Gut Dysbiosis and Colonic Inflammation in Mice
- **會議／場次：** ENDO 2026／ORF07
- **短講：** ORF07-04｜Sucrose-Free Low-Fat Diet Induces Metabolic Dysfunction through Gut Dysbiosis and Colonic Inflammation in Mice
- **講者：** Rasheed Ahmad, PhD
## 整理稿
### 演講摘要與研究背景
肥胖症（obesity）已成為全球嚴重的公共衛生挑戰。全球約有 12 億成年人面臨體重過重（overweight）與肥胖問題，其中約 8 億人達到肥胖標準（流行病學統計顯示，自 1990 年至 2020 年以上，全球肥胖盛行率呈現持續上升趨勢）。在肥胖的發展過程中，脂肪組織（adipose tissue）會經歷從精瘦狀態（lean）到肥胖狀態（obese）的重構。在此過程中，脂肪細胞（adipocyte）體積增大，並有大量免疫細胞（如 M1/M2 型巨噬細胞）浸潤於脂肪組織中。這些免疫細胞與脂肪細胞相互作用，分泌多種細胞激素（cytokines）與趨化因子（chemokines），進而引發局部發炎反應，即所謂的**代謝性發炎（meta-inflammation）**。
這種代謝性發炎會進一步演變為全身性發炎（systemic inflammation），影響肝臟、骨骼肌與脂肪組織本身，導致全身性胰島素抗性（insulin resistance），並誘發代謝功能障礙相關脂肪性肝病（metabolic dysfunction-associated steatotic liver disease, MASLD；即脂肪肝）。近期的研究更顯示，代謝性發炎不僅影響外周組織，還會對腸道健康造成顯著負面衝擊，進而誘發或加劇發炎性腸道疾病（inflammatory bowel disease, IBD）。
在應對肥胖的非藥物干預措施中，增加體能活動與傳統推薦的低脂飲食（low-fat diet, LFD）是最常見的策略。過往多數研究聚焦於高蔗糖（high sucrose）飲食對代謝的危害，且普遍認為低脂飲食結合限糖（sugar restriction）具有代謝保護作用。然而，若僅從低脂飲食中完全剔除蔗糖（sucrose），其對宿主生物學與代謝健康的確切影響目前仍不清楚。因此，本研究的核心研究問題為：**無蔗糖低脂飲食（sucrose-free low-fat diet, SF-LFD）究竟能改善還是損害代謝健康？**
---
### 研究設計與實驗架構
為解答上述問題，研究團隊採用雄性 C57BL/6 小鼠進行實驗，將小鼠隨機分為兩組（每組 $n = 6$）：
1. **對照低脂飲食組（Control Low-Fat Diet, C-LFD）**：含有蔗糖（配方含 7% 蔗糖）。
2. **無蔗糖低脂飲食組（Sucrose-Free Low-Fat Diet, SF-LFD）**：完全不含蔗糖（0% sucrose），並以澱粉（starch）補充熱量差距，確保兩組飲食總熱量完全等同（isocaloric）。
小鼠接受對應飲食干預共 **16 週**。在 16 週結束時，研究團隊執行了以下檢測項目：
* **體重與器官重量**：紀錄體重變化與肝臟重量。
* **糖代謝與胰島素敏感性**：口服葡萄糖耐受試驗（oral glucose tolerance test, OGTT）與胰島素耐受試驗（insulin tolerance test, ITT）。
* **代謝激素分析**：檢測血清 Insulin、C-peptide、GLP-1、GIP、Ghrelin、Resistin、Glucagon 與 Leptin 等指標。
* **腸道菌群分析**：擷取腸道內容物進行 **16S rRNA 基因定序**（16S rRNA gene sequencing），評估菌群 Alpha 與 Beta 多樣性及物種組成變化。
* **結腸組織學與發炎反應**：H&E 染色分析結腸隱窩與杯狀細胞結構，免疫組織化學染色（IHC）檢測 CD3+ T 細胞與 F4/80+ 巨噬細胞浸潤，並以 RT-qPCR 分析發炎基因表達。
* **肝臟組織學與發炎反應**：分析肝臟脂肪積聚、脂肪變性、F4/80+ 與 CD11c+ 免疫細胞浸潤及發炎因子表達。
---
### 糖代謝與代謝激素分析結果
研究結果呈現出意料之外的代謝惡化現象：
* **體重與肝臟重量**：在 16 週的飲食介入後，兩組小鼠的體重均有增加，但 **SF-LFD 組與 C-LFD 組之間的體重及肝臟重量並無顯著差異**。
* **葡萄糖耐受性（OGTT）**：與 C-LFD 對照組相比，接受無蔗糖低脂飲食（SF-LFD）的小鼠表現出顯著的**葡萄糖處置能力受損（impaired glucose handling）**，呈現葡萄糖耐受不良。
* **胰島素敏感性（ITT）**：SF-LFD 組小鼠對外源性胰島素刺激的反應顯著降低，提示其**胰島素敏感性下降（reduced insulin sensitivity）**。
* **空腹血糖與代謝激素**：SF-LFD 組小鼠的空腹血糖（fasting glucose）顯著升高（$p < 0.01$）。此外，多種調控能量代謝與食慾的激素發生了顯著改變，包括 Insulin、C-peptide、GLP-1、GIP、Ghrelin、Resistin 與 Glucagon。完全排除蔗糖顯著干擾了小鼠的全身代謝激素平衡。
---
### 腸道菌群變異分析（Gut Microbiome & Dysbiosis）
由於腸道微生物群對飲食成分的改變極為敏感，研究團隊進一步探討 SF-LFD 是否改變了腸道菌群的多樣性與群落結構：
* **Alpha 多樣性降低**：與 C-LFD 組相比，SF-LFD 組小鼠腸道菌群的 Alpha 多樣性顯著下降（包含 Observed index、Shannon index、Chao1 index、Fisher index 與 ACE index），顯示菌群豐富度與均勻度受損。
* **Beta 多樣性顯著分離**：Principal coordinate analysis（PCoA）顯示 C-LFD 與 SF-LFD 兩組小鼠的菌群結構存在極為清晰的群落分離（Jensen-Shannon Divergence: $R^2 = 0.31, p = 0.001$；Jaccard Index: $R^2 = 0.42, p = 0.004$；Bray-Curtis Index: $R^2 = 0.52, p = 0.004$），證實 SF-LFD 誘發了強烈且顯著的**腸道菌群失調（gut dysbiosis）**。
* **特定菌種豐度變化（Taxonomic Changes）**：
* **有益共生菌耗竭**：參與短鏈脂肪酸（short-chain fatty acids, SCFAs）生成且具有抗發炎保護作用的益生菌種顯著減少（如 *Lactobacillus murinus* 以及 Lachnospiraceae 相關菌株）。
* **致發炎菌種富集**：與促發炎反應相關的有害菌種豐度顯著增加（如 *Helicobacter ganmani*、*Odoribacter splanchnicus* 與 *Alistipes* spp.）。
---
### 結腸發炎與屏障完整性
菌群失調進一步對腸道屏障與組織健康造成損害：
* **結腸組織學改變（H&E 染色）**：C-LFD 組小鼠表現出正常的結腸結構，隱窩（crypts）形態正常且杯狀細胞（goblet cells）數量豐富。相反地，SF-LFD 組小鼠出現明顯的**隱窩結構破壞（crypt disruption）**、**杯狀細胞數量減少**以及**黏膜下層擴張（submucosal expansion）**。
* **免疫細胞浸潤（IHC 染色）**：SF-LFD 組小鼠結腸組織中，**CD3+ T 細胞**與 **F4/80+ 巨噬細胞**的浸潤比例顯著增加。
* **發炎基因與轉錄因子上調**：即時聚合酶鏈鎖反應（RT-qPCR）分析顯示，SF-LFD 小鼠結腸組織中的促發炎細胞激素與關鍵轉錄因子表達量顯著上調，包括 **IL-1β**、**IL-6** 與 **CCL2**（以及 FOXO1、RORγt、TNF-α、TBX21，並評估緊密連接蛋白 ZO-1 與 Occludin 等）。
---
### 肝臟脂肪變性與肝臟發炎
鑑於腸道與肝臟透過「腸–肝軸」（gut-liver axis）存在緊密聯繫，腸道發炎與菌群失調順理成章地引發了肝臟病理改變：
* **肝臟脂質積聚與脂肪變性**：組織學染色顯示，與 C-LFD 組相比，餵食 SF-LFD 的小鼠肝臟出現顯著的脂質滴（fat vacuoles）大量積聚與**微泡狀脂肪變性（microvesicular steatosis）**（註：Slide 13 投影片標題誤標為巨泡狀脂肪變性 Macrovesicular Steatosis，但投影片文字條目與講者口述均一致指稱為微泡狀脂肪變性 microvesicular steatosis）。
* **小葉發炎與免疫浸潤**：SF-LFD 引發了更嚴重的小葉發炎（lobular inflammation），免疫組織化學染色顯示 **F4/80+ 巨噬細胞** 與 **CD11c+ 免疫細胞** 在肝臟組織中的浸潤比例顯著升高。
* **肝臟發炎因子表達**：RT-qPCR 證實 SF-LFD 組小鼠肝臟內 **IL-1β** 與 **IL-6** 的 mRNA 表達量顯著升高。
---
### 結論與臨床啟示
1. 在本 C57BL/6 小鼠模型中，**無蔗糖低脂飲食（SF-LFD）並未能提供代謝保護作用**。
2. 完全剔除蔗糖的低脂飲食與**血糖控制受損、腸道菌群失調、結腸發炎以及肝臟脂肪變性與發炎**密切相關。
3. **臨床核心訊息（Take-Home Message）**：限制或剔除膳食糖對代謝的生物學影響，**高度取決於整體碳水化合物的替換背景（例如以澱粉替代蔗糖）**，而非單純剔除蔗糖本身即可帶來健康效益。
---
### 現場問答
#### Q1：16 週後無蔗糖低脂飲食組與對照組小鼠的體重是否有顯著差異？
* **臨床情境與提問**：研討會主持人詢問，在經歷 16 週的飲食介入後，SF-LFD 小鼠與 C-LFD 小鼠之間的最終體重是否有觀察到任何統計差異？
* **講者回答**：講者明確表示，在這兩組小鼠之間，**體重變化並沒有觀察到任何顯著差異**。兩組小鼠均正常增重，但 SF-LFD 組在體重未變的情況下，出現了嚴重的葡萄糖耐受不良、腸道發炎與肝臟脂肪變性。
#### Q2：實驗所使用的飲食具體成分為何？為何會進行這項研究？
* **臨床情境與提問**：來自密西根大學（University of Michigan）的 Amy Rothberg 醫師/教授提問，希望講者能更詳細地說明實驗所使用的飲食成分，特別是無蔗糖低脂飲食（SF-LFD）的具體調配方式。
* **講者回答**：講者分享了實驗室發現此現象的意外經過。講者的研究團隊主要關注「肥胖如何促進並維持慢性發炎」。當時實驗室經理向廠商訂購了一批不含蔗糖（sucrose-free）的實驗飲食（包含高脂與低脂飲食）。然而，實驗結果始終無法與國外合作者發表的數據吻合。講者重複實驗多次，每次均發現即使餵食不含蔗糖的飲食，小鼠依然出現極為嚴重的肝臟脂肪變性（liver steatosis）。
在仔細核對飲食配方表後，才發現供應商發送的是完全剔除蔗糖的配方。講者隨後設計了嚴謹的對照實驗：對照組飲食（C-LFD）含有 7% 蔗糖，而無蔗糖組（SF-LFD）完全剔除蔗糖，並**以澱粉（starch）補充熱量差距，確保兩組飲食的卡路里完全相同（isocaloric）**。結果證實，在總卡路里相同的情況下，單純將蔗糖替換為澱粉，反而誘發了顯著的代謝失調與組織發炎。
#### Q3：在推廣至臨床建議之前，下一步預計設計哪些後續驗證實驗？
* **臨床情境與提問**：主持人詢問，在將此結果轉化為針對人類飲食建議的臨床訊息之前，研究團隊規劃下一步進行哪些後續實驗？
* **講者回答**：講者表示，團隊目前正規劃進行**臨床試驗（clinical trial）**以在人類身上驗證這些觀察。由於目前許多民眾在各健康中心或飲食計畫中已廣泛採用低脂、無糖或低蔗糖飲食，團隊希望直接評估此類飲食調整對人體代謝與腸道菌群的實際影響。講者強調，目前的結果均為小鼠模型中的觀察，期待未來能向大家呈現人類臨床試驗的最新數據。