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饮食如何塑造人类肠道微生物群

[日期:2023-11-12] 来源:NM  作者:华东公共卫生 编译 [字体: ]
为了健康

      人类肠道微生物群产生大约100万亿个微生物,包括细菌、病毒、酵母和寄生虫。在出生时,人类的肠道大部分是无菌的,并被其母亲的微生物群定居。分娩的类型,剖宫产还是阴道分娩,在决定新生儿的微生物群方面起着至关重要的作用。健康的肠道微生物群主要由厚壁菌门和拟杆菌门组成,而双歧杆菌属属是最多的放线菌。微生物也定居在组成不同于肠道微生物组的胃肠系统的其他区域。

      肠道微生物群是肠道生态系统的关键组成部分之一,有助于保护肠道屏障、营养物质和药物吸收,调节人体代谢,以及免疫系统的形成和成熟。肠道微生物群的α多样性已表明是微生物群健康的可靠标志。在生命的最初几年观察到多样性和稳定性的增加,表明微生物群的成熟。

      一些因素,如遗传、年龄、环境、饮食和生活方式,可以影响肠道微生物群。由于因地理因素饮食习惯而异,这种差异也可以在不同人群的微生物群中看到。已经观察到与人口年龄无关的基于饮食的变化。虽然不同的饮食组成会影响微生物群落,但在一段时间内不均衡的饮食以及不健康的生活方式也会影响微生物群落。据报道,肥胖和超重的人表现出较低的肠道微生物多样性。

      观察到具有不同体重指数(身体质量指数)的个体具有不同的肠道微生物群,代谢失衡与不太健康的微生物群相关。据观察,身体质量指数超重或正常的儿童比体重过轻的儿童表现出更高的多样性。粘蛋白Ackerman’s已经在肠的粘液层中发现,据报道是一种有益的生物体,用于调节啮齿动物和人类的基础代谢。的减少阿克曼西亚由于肥胖可导致肠道屏障功能衰竭和肠道炎症反应的增加。导致肠道微生物群改善的健康饮食不仅有助于代谢紊乱,而且有助于炎症性疾病。因此,每种营养和饮食方法都对肠道微生物群有特定的影响。

      杂志上的一项新研究最佳实践与研究临床胃肠病学旨在总结特定营养素和饮食对肠道微生物群的影响,以及将饮食用作治疗性微生物群调节剂的前景。

营养素对肠道菌群的影响

碳水化合物

      膳食碳水化合物有两种类型,膳食纤维(抗性碳水化合物)和消化碳水化合物。可消化的碳水化合物包括多糖、单糖和二糖,它们在小肠中迅速降解,并在血流中以葡萄糖的形式释放。它们在现代西方饮食中的使用越来越多,这增加了人们对它们与非传染性疾病(NCD)发病之间关系的担忧。此外,据报道,小鼠短期接触高糖饮食会减少短链脂肪酸(SCFAs)的产生并增加肠道通透性,从而增加对结肠炎的易感性。

      然而,膳食纤维对健康的肠道至关重要。纤维由非淀粉多糖、不可消化的低聚糖、抗性淀粉和木质素制成。它们通过结肠肠道细菌的糖解发酵产生单糖和SCFAsSCFAs的类型和数量取决于食用的膳食纤维数量和肠道微生物群的组成。据报道,不可消化的复杂碳水化合物和相关微生物群可及的碳水化合物(MACs)导致具有特定特性的更广泛的微生物物种的增殖,并释放特定的代谢物。它们被用作肠道微生物群的益生元,代谢成SCFAs并促进乳酸菌和F.普劳斯尼齐伊。这种作用反过来会导致胰岛素敏感性增加、肠道屏障功能改善和脂质状况改善。几项研究报道,食用诸如菊粉的MAC可以使大便变软,改善认知能力,并减少机会性腹泻病原体难辩梭菌的生长。

蛋白质

      蛋白质包含由肽键连接的氨基酸链,并可被远端结肠中的主要门类消化。蛋白水解发酵形成的SCFAs、支链脂肪酸(BCFAs)和潜在毒性底物的量低于糖解发酵。这些代谢物的产生和肠道微生物群的平衡是基于肠道微生物群消化的膳食蛋白质的数量和质量。富含动物蛋白的饮食可以增加耐胆汁厌氧菌,从而进一步增加TMAO,这是一种与心血管疾病(CVD)相关的化合物。此外,在传统的西方饮食中,大量食用动物蛋白会增加硫酸盐还原菌(SRB)的生长,从而通过产生硫化氢(H2S)增加肠道炎症。

      相反,食用植物蛋白可以增加有益细菌的数量,如乳酸菌和双歧杆菌属并减少以下各项产气荚膜梭菌和脆弱拟杆菌。此外,据报道,食用豆类会导致啮齿动物和人类的肠道微生物发生积极的变化。因此,以植物为基础的蛋白质,如豆类,可能是减少肠道炎症相关蛋白质如蛋氨酸和半胱氨酸的动物蛋白的良好替代品。此外,它们含有许多积极影响肠道微生物体内平衡的生物活性化合物。

脂肪

      膳食脂肪量和饱和度会影响肠道微生物群和代谢健康。高脂肪饮食(HFD)会导致生态失调,进而导致肠道通透性增加、胰岛素抵抗和脂肪组织炎症。这种生态失调可以通过遵循标准饮食来逆转。此外,含有高硫化物浓度乳脂的高脂肪饮食会增加肠道炎症,并导致粘液层缺陷。

      据报道,单不饱和脂肪酸(MUFAs)可以增加肠道微生物多样性,并对健康产生积极影响。中链脂肪酸(MCFAs)也被证明可以改善认知和代谢功能。据观察,中链甘油三酯(MCT)可以改善肠道微生物平衡和肠道屏障的完整性。多不饱和脂肪酸(PUFAs)也被称为必需脂肪酸,因为它们必须从饮食中获得,不能由身体合成。大量摄入欧米伽-6 PUFA、饱和脂肪和减少欧米伽-3 PUFA会导致肠道屏障改变和代谢紊乱。

食品添加剂

      许多()加工食品中含有食品添加剂,如乳化剂和无营养的人工甜味剂。它们用于改善质地,延长保质期,并提供稳定性。然而,NAS的消耗可导致葡萄糖不耐受和胰岛素敏感性受损。没有观察到食用天然甜味剂甜菊醇糖苷与显著的肠道微生物变异有关。然而,很少有研究报告有害的影响。

      某些膳食乳化剂如聚山梨醇酯80和羧甲基纤维素已被证明可改变肠道微生物群的组成和定位,促进肠道和全身炎症,并增加细菌移位。据观察,乳化剂的消耗会降低肠道微生物的多样性,并影响肠道微生物群的组成。然而,需要进一步研究非传染性疾病发病的性质、频率、数量、饮食成分以及食品添加剂之间的协同作用。

不同饮食方式对肠道微生物区系的影响

西方饮食

      西方饮食(WD)包括大量食用精制糖、动物蛋白、饱和脂肪和加工食品。长期食用WD会导致肥胖和代谢紊乱。多项研究报告称,长期食用WD会导致肠道微生物多样性降低和成分变化。已经观察到WD降低了有益菌的水平,并增加了与生态失调和疾病相关的细菌的数量。这种成分变化可能会增加脂多糖(LPS)、肠道屏障完整性损伤、TMAO和其他可能导致严重心血管和代谢后果的炎症分子。

地中海饮食(MD)

      MD是基于常规的纤维摄入,坚果和橄榄油。坚持MD可以增加有益菌,提高肠道微生物群的多样性和丰富度。已经观察到MD诱导产生更多SCFAs的微生物谱,并且可以帮助防止疾病的发展和促进宿主的代谢健康。此外,MD还可以恢复老年人和代谢综合征患者体内的一些微生物物种和微生物生态失调。

纯素/素食(Vegan/Vegetarian diet)

      素食包括避免所有类型的海鲜和肉类。纯素食饮食是素食饮食模式的一个亚类,不包括所有动物产品。用植物性食物代替动物性食物,可以增加不溶性纤维和抗性淀粉的摄入。据观察,纯素和素食可以增加普劳斯尼茨粪杆菌,肺炎克雷伯氏菌,梭菌属,以及多形拟杆菌。然而,很少有研究报道这些饮食可以减少潜在的有害代谢物。由于短期食用素食,在家庭层面上没有观察到明显的肠道微生物变化。据观察,素食也能减少丙酸的产生。需要进一步的研究来了解纯素食和素食对肠道健康的益处和风险。

无麸质饮食(Gluten-Free diet GFD)

      GFD有助于乳糜泻患者和非乳糜泻谷蛋白过敏患者恢复正常的肠粘膜。GFD,以及前和益生菌,可以帮助恢复面筋耐受性。健康人群长期食用GFD会导致生态失调。与高麸质饮食相比,低麸质饮食已被观察到可减少炎症反应,改善腹胀,以及减少空腹和餐后氢呼出。

低膳食纤维饮食(Low-FODMAP diet)

      最近,不含包含所有可发酵低聚糖、二糖、单糖和多元醇(FODMAPs)的食物的饮食在治疗肠易激综合征(IBS)和炎症性肠病患者中受到欢迎。肠道细菌引起FODMAPs发酵,导致肠腔内气体产生和液体分泌增加。低FODMAP饮食已被证明可减少许多胃肠症状,如腹胀、绞痛,腹痛便秘、产气或腹泻。然而,从长远来看,这些饮食也会对肠道微生物群产生不利影响。几项研究表明,低FODMAP饮食可以改变肠道微生物群的组成。尽管如此,还需要进一步的研究来确定这种改变是否有害并持续很长一段时间。

生酮饮食(Ketogenic diet KD)

      KD是一种高蛋白、高脂肪、低碳水化合物的饮食模式。KD临床上建议用于GLUT1缺乏综合征和耐药性癫痫患者。KD也可用于肥胖患者的快速减肥。研究表明,KD会导致肠道炎症,减少有益菌的数量。需要进一步的研究来评估健康个体KD期间肠道微生物群变化的作用。

结论

      饮食是影响肠道菌群和人类健康的最重要因素之一。最近的研究集中在需要开发个性化的营养干预,作为限制热量饮食后患者减肥成功的预测因素。许多这样的饮食可以对肠道微生物群产生有益的影响,并且可以改善个体的整体健康。新的研究必须分析微生物群可及碳水化合物(MACs)作为肠道微生物群调节剂的潜在作用。特定饮食与其他肠道微生物群方法的结合,如FMT,也可能是一个有前途的研究领域。

Journal reference: 

Rinninella, E. et al. (2023). The role of diet in shaping human gut microbiota. Best Practice & Research Clinical Gastroenterology. doi: https://doi.org/10.1016/j.bpg.2023.101828https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1521691823000069

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