饮食如何调节肠道菌群，影响疾病与健康？

人活于世，有许多陪伴者组成我们的人类共生功能体。

微生物为宿主生理活动提供新陈代谢物质基础，参与免疫。而与宿主稳定的基因组不同的是，微生物组具有很大的可塑性，很容易受到宿主与外界环境的影响而发生改变。

常见的由多因素致病的疾病通常与饮食有关，饮食是肠道菌群的关键决定因素，这也使肠道菌群成为潜在的疾病/健康控制目标。但目前用于疾病防治的营养方案疗效有限，个性化营养作为一种新兴的以数据为导向的方法，有可能使饮..准地适用于不同临床背景下的不同个体。

饮食影响微生物群的一个主要因素是营养素含量，即构成膳食的宏量营养素和微量营养素。特定饮食方案当中，一种营养物质过剩，往往伴随另一种营养物质的缺失。

另一方面，从婴儿食用固体食物开始，菌群多样性增加，直至老年，菌群多样性减少，这个过程中肠道微生物群落结构和功能可能受食物多样性、饮食构成比例、不同地理环境和时间影响。

人类不同个体之间的遗传差异很大，暴露的外源性因素众多，饮食往往由多种营养元素组成，这些变量可能会对肠道菌群产生协同或拮抗的效果，给预测特定饮食干预方案对肠道菌群产生的净影响造成了困难。

一．食物对微生物的影响  

直接影响

营养物质可以直接与微生物相互作用，促进或抑制微生物生长。

从特定的膳食成分中获取能量的能力会给某些微生物生长带来直接的竞争优势，这种机制的核心营养物质是一种无法消化的碳水化合物，被称为聚糖。抗性淀粉、木质素、果胶、纤维素和低聚果糖等多糖以未消化的形式到达大肠，聚糖一次降解释放了葡萄糖，二次降解物发酵形成了醋酸盐、丙酸盐、丁酸盐、乳酸盐、琥珀酸盐。

此外营养物质还能抑制细菌生长，如醌类、类黄酮类、萜类、生物碱等具有体外抗菌活性。

间接影响

饮食来源的抗原和化合物可以通过影响宿主代谢和免疫系统来塑造肠道菌群。（附表）

膳食成分也可能破坏肠道屏障的保护功能，促进炎症。加工食品比如番茄酱里含的乳化剂会侵蚀用于保护上皮的粘膜层，导致代谢失调介导的低度炎症，在实验模型中促进代谢综合征发生。

转移

      乳酸菌、念珠菌、真菌和植物病毒可以通过食源性传播，引入到本地肠道微生物生态系统中。

二．时间和地理环境对微生物的影响

从时间上看，如上图，短期来说微生物群每日都有波动，宿主昼夜节律和进食周期都伴随着肠道微生物组成和功能的变化，振荡的三个主要类群是：拟杆菌门、厚壁菌门、变形菌门。

 但长期来说菌群的震荡又会维持一定的稳定性。还有一些饮食方式会在家族中传承，从而对肠道微生物群落造成持续的跨代的影响。因为缺乏某种膳食纤维导致细菌丰富度永久减少会使一些微生物类群不可逆转地灭绝。

从地理上看，在美国取样的健康素食者和杂食者微生物组和宿主代谢组没有显著差异，非裔美国人和南非人之间进行饮食转换会导致微生物组成、功能、代谢物、细胞增殖性和炎性标记物的变化。地域之间的差异表明，有时候在发达国家有益的饮食方案对于发展中国家人群中却是有害的，比如铁和叶酸的补充导致了非洲桑吉巴岛的儿童疟疾和其他与感染相关的死亡率增加。

 而生活在同一环境中的细菌可以通过物种间的基因重组、基因复制和横向基因转移动态演化，这些基因修饰拓宽了肠道菌群的新陈代谢能力，丰富了可消化基质的范围。比如..人摄食海藻时摄入的海洋微生物使他们具有消化海藻的能力。

三．主要食物成分与微生物互作机制

1.纤维

膳食纤维是SCFAs的主要来源，可以激活肠-脑神经回路，促进与肠糖异生有关的基因表达。它的发酵可以帮助宿主抵抗艰难梭菌和沙门氏菌感染。而发酵产生的丁酸盐及其他短链脂肪酸可以防止饮食引起的肥胖和胰岛素抵抗，通过调节炎症小体和促进调节性T细胞，在维持肠道免疫稳态、预防炎症和致癌基因中有重要作用。

有益：当宿主进食低纤维食物时，肠道微生物的营养来源转变为宿主的肠道黏液层，会导致对粘膜层的侵蚀和屏障功能的破坏，对病原体的抵抗就会受到损害。反之高纤维的食物可以保护肠道屏障。

有害：用基因易感的小鼠进行结直肠癌造模，纤维衍生丁酸通过诱导肠道隐窝中的干细胞样特征（产生和自我更新）促进肿瘤发生。

研究证明：

24周每天补充10g菊粉丙酸酯可以预防超重人群的体重增加。

7周每天补充7.5g丙酸钠可以使健康女性的葡萄糖耐量提高。

直肠两次灌注醋酸盐、丙酸盐、丁酸盐，重复4次能改善超重或肥胖男性的能量代谢。

2. 脂肪

过去脂肪被认为与心血管疾病和肥胖有关。

富含脂肪的饮食使表达LPS的细菌过多，血液循环中LPS水平升高的促炎状态被称为“代谢内毒素血症”，LPS促进体重增加、白色脂肪组织巨噬细胞炎症标志物升高、胰岛素抵抗。

高脂饮食消耗丁酸酯和维生素A，两者水平降低导致化学诱导的结肠炎恶化。

促进沃氏嗜胆菌生长，生成硫化氢和次级胆汁酸，导致肠道屏障被破坏，加剧炎症和胆汁酸代谢障碍，促进糖代谢紊乱和脂肪肝。（值得一提的是，鼠李糖乳杆菌可以限制其不良影响）

但从05年开始美国卫生部不再呼吁减少总脂肪摄入量，而是优化饮食中的脂肪种类，减少饱和脂肪和反式脂肪的摄入。

喂食饱和脂肪的小鼠三种中性菌Bacteroides, Turicibacter和 Bilophila spp扩张，而喂食鱼油（不饱和脂肪酸）的小鼠三种益生菌Bifidobacterium,Akkermansia和 Lactobacillus spp扩张。

有趣的是，肥胖老鼠的微生物群落也助纣为虐，从食物中获取能量的能力有所提高。

3.动物蛋白、加工肉类和食品添加剂

（1）.红色和加工肉类与心血管病、高脂血症、高胆固醇血症风险增加有关，红肉中富含左旋肉碱，由肠道菌群代谢成三甲胺，经肝脏氧化成氧化三甲胺，促进动脉粥样硬化。

      同时红肉还富含血红素，与结肠细胞的增生有关，会导致大量能降解黏液层的细菌增殖，蚕屎黏液层导致肠道屏障功能受损。

（2）.加工肉类与人类的结直肠癌风险有关，肉类烧焦的过程中产生了致癌的杂环胺。

（而乳酸菌可以直接结合杂环胺，潜在保护宿主）

（3）.两种常见的乳化剂：羧甲基纤维素和聚山梨糖，能促进微生物群生长，从而导致低度炎症、代谢综合征和结肠炎。

（4）.人工甜味剂（如糖精、阿斯巴甜）是无热量的，被推广为一种常见的减肥策略，但基因功能分析表明人工甜味剂改变微生物代谢产物分泌和能量获取能力，小规模人体干预实验中（6天每天补充120毫克糖精，n=7），部分参与者血糖稳态与葡萄糖耐受明显受到干扰。

这表明，即使食用人工甜味剂，你也可能会变胖。

5.植物源性生物活性营养素

（1）.高脂喂养的小鼠补充从葡萄或蔓越莓中提取的多酚可以减少炎症和致胖反应。

（2）.高脂喂养的小鼠肠道内黄酮类化合物芹菜素和柚皮苷含量明显减少，换成正常饮食可以使它们代谢参数恢复，但不能使肠道菌群的结构恢复正常，类黄酮会继续被降解导致体内黄酮含量降低，低类黄酮水平作为“微生物组记忆”会进一步加重高脂饮食的代谢效应。

其他能够被肠道菌群作用的有益健康的化合物包括羟基肉桂酸、咖啡酸、香豆素、阿魏酸，它们具有抗炎抗氧化的作用，双歧杆菌、乳酸菌、大肠杆菌能够影响这些生物活性化合物的个体水平。

（3）.肠道微生物群会降解有毒的植源性化合物，如草酸盐，会形成草酸钙晶体导致肾结石形成，肠道食草酸杆菌的丰度与尿路结石风险增加有关。

四．讨论

在通过改变饮食或肠道微生物来促进健康时，需要考虑几个因素：

1.期望的目标是预防疾病还是治疗某种疾病

2.个人对这种疾病有无遗传或先天的倾向

3.补充或减少的营养物质如何与其他饮食相互作用，微生物群的相互作用

4.饮食干预是否会引入外源细菌，能否在特定生态位定居，这些细菌的相互作用

五：小编的思考

设计一整套完整饮食是理想的，但依从性低，最好使用实时的食物日记，比起食物频率问卷，更不容易产生回忆偏差。

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解读人 | 黄雅婧

文献来源：

https://doi.org/10.1038/s41575-018-0061-2