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饮食、肠道菌群与健康

放大字体  缩小字体 发布日期:2019-08-24 作者:责任编辑NO。卢泓钢0469

肠道菌群对人体健康的影响和相关性已被广泛研讨和认可,肠道菌群作为人体最重要的共生同伴与咱们的健康密切相关。影响肠道菌群的要素许多,饮食、年纪、发育、遗传、疾病、抗生素、用药、乃至激素水平缓心情压力都影响并刻画着每个人共同的肠道菌群,可是短期内,饮食内容以及饮食方法被认为是刻画肠道菌群最重要的驱动要素,长时刻来看,饮食也是调整和干涉肠道菌群调整最有用和健康的挑选办法。

肠道菌群是消化的要害组成部分,分化杂乱的碳水化合物,蛋白质,而且在较小程度上分化抵达下胃肠道的脂肪。该进程发作许多微生物代谢物,其能够部分和全身起效果(在被吸收到血流中之后)。这些途径都能够发作潜在有利和潜在毒性的代谢物。

Graf D, Microbial ecology in health and disease, 2015

接下来,咱们逐个解析各大养分物质和肠道菌群之间的联络,对人体健康会带来什么样的影响。

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膳食纤维

大部分食物经过小肠时吸收,但仍有一部分不能被消化吸收,首要是植物细胞壁多糖(包含纤维素,木聚糖,果胶)以及一些特定对体内水解酶无反响的多糖成分(如菊粉和寡糖),一般称为膳食纤维。膳食纤维在这里被界说为具有三个或更多个单体单元的碳水化合物聚合物。

膳食纤维对结肠屏障有重要效果,是结肠微生物的首要养分来历,经细菌酵解能够构成短链脂肪酸,对坚持结肠系细胞的养分和功用完好时必需的,而且还具有排气,解毒,抗氧化,抗癌效果。

膳食纤维的发酵是盲肠和结肠微生物群的首要功用之一,也是短链脂肪酸的首要来历,短链脂肪酸是发酵的终究产品。

膳食纤维摄入添加时,胃肠运送速度增快,肠腔内细菌数量因养分物质添加而增多,然后使短链脂肪酸的含量明显添加肠腔内PH值下降影响肠腔内特定菌群的定植和成长。

膳食纤维首要有以下几类:

菊粉

一些研讨标明菊粉一般与其他纤维结合然后对人体肠道微生物群组成发作影响。

菊粉或与减轻腹泻有关

一项研讨查询了菊粉和部分水解瓜尔胶(i-phgg)或麦芽糊精混合物对60名便秘妇女肠道微生物群的影响。其间纤维组梭状芽孢杆菌(某些品种与腹泻有关)总数削减

食用菊粉后双歧杆菌添加

在另一项研讨中,从全球洋蓟(cynara scolymus)中提取的长链菊粉被给予健康志愿者。这项研讨继续了3周,经过3周的缓冲期后,受试者又服用了3周的麦芽糊精(安慰剂)。总细菌水平不受干涉影响。可是,与基线水平缓麦芽糖糊精摄入后比较,食用菊粉后双歧杆菌数量明显添加。而且,食用菊粉后乳酸杆菌/肠球菌的数量更高,而食用麦芽糖糊精后则有所下降。别的,阿托波氏菌属的丰度添加,拟杆菌/普氏杆菌组的数量削减。SCFA浓度无差异。

此外,Lecerf等人还研讨了菊粉和低聚木糖的影响。.在一项随机穿插研讨中,60名健康受试者被给予木糖低聚糖、菊粉和木糖低聚糖以及小麦麦芽糖糊精的混合物4周。与麦芽糖糊精比较,仅木糖低聚糖就能进步双歧杆菌和丁酸盐的粪便浓度。此外,A-葡萄糖苷酶和B-葡萄糖醛酸酶活性较高,而乙酸和R-甲酚的粪便浓度较低。菊粉和低聚木糖的组合添加了粪便中的短链脂肪酸和丙酸盐,一起下降了血液中的脂多糖浓度

抗性淀粉

淀粉或许逃过小肠的消化,抵达结肠发酵。这种抗性淀粉一般被称为物理不行挨近淀粉(RS1)、天然颗粒淀粉(RS2)、逆反响淀粉(RS3)或化学改性淀粉(RS4)

比方你爱吃的面包、蛋糕、饼干、通心面、饼干等许多都有抗性淀粉哦~

抗性淀粉促进布氏瘤胃球菌成长

一项随机穿插研讨,包含14名超重男性,研讨了在10周内服用RS3的效果。在特定饮食中,个别的细菌散布随时刻的推移是安稳的。大多数研讨目标在RS饮食中,布氏瘤胃球菌Ruminococcus bromii的丰度添加,该菌份额高达17%,而在含有麦麸的非淀粉多糖(NSP)饮食中为3.8%。未培育的颤杆菌克Oscillibacter和直肠真杆菌的水平也跟着含有RS的饮食而添加。

在另一项关于RS的研讨中,10名受试者被给予RS2、RS4或天然淀粉作为饼干,继续3周。RS4导致放线菌和类杆菌数量添加,而厚壁菌门数量下降。在种水平上,芳华双歧杆菌Bifidobacterium adolescentis和迪氏副拟杆菌Parabacteroides distasonis的份额随RS4的添加而添加,而RS2则较RS4进步了布氏瘤胃球菌Ruminococcus bromii和直肠真杆菌的份额。个别差异较大,改动是可逆的,且与耗费的RS相关。

综上这两项研讨的成果标明,食物中RS或许对布氏瘤胃球菌Ruminococcus bromii和直肠真杆菌有促进成长的效果,但这种效果或许取决于所运用的RS的类型。

低聚果糖和低聚半乳糖

无法在小肠中被酶解吸收,抵达结肠后可发作SCFA,下降肠道pH值,具有促进双歧杆菌、乳杆菌等有利菌增殖,按捺肠杆菌、沙门菌等有害菌肠道内定植和繁衍的生理功用。

在一项前瞻性、双盲、随机、穿插实验中,健康志愿者每2周食用液体配方食物。一种配方食物含有由低聚果糖和豌豆纤维组成的膳食纤维,而另一种配方食物不含添加纤维。

在研讨开端和两个干涉期(6周)之间,志愿者们耗费他们的习惯性饮食。除双歧杆菌份额随纤维弥补饮食添加而添加外,两个饮食期后一切靶向细菌品种均削减。

不管饮食的纤维含量怎么,普氏栖粪杆菌Faecalibacterium prausnitzii和Roseburia intestinalis水均匀下降,而拟杆菌的削减只发作在无纤维饮食。

无纤维饮食后,粪便短链脂肪酸(乙酸、丙酸和丁酸)浓度下降,而弥补纤维饮食后,丁酸盐浓度也下降。

在一项双盲安慰剂对照穿插研讨中,超重的成年人被喂养半乳糖(GOS)或麦芽糊精(安慰剂)混合物12周。在6周和12周后,含GOS的饮食添加了粪便中双歧杆菌的数量,而与安慰剂组比较,拟杆菌属(Bacteroides sp .)和梭菌(Clostridium histolitycum group)的数量一起削减

聚葡萄糖

在继续21天的对照研讨中,检测了聚葡萄糖(PDX)摄入对肠道微生物群的影响。每天志愿者食用三个小吃棒,供给PDX,可溶性玉米纤维或无纤维(对照)。与对照条比较,摄入PDX和可溶性玉米纤维导致梭菌科增多,优杆菌科削减。粪杆菌属Faecalibacterium,考拉杆菌属Phascolarctobacterium和戴阿利斯特杆菌属Dialister的水平较高,而关于乳杆菌,仅在可溶性玉米纤维耗费后才调查到这种效应。

普氏栖粪杆菌Faecalibacterium prausnitzii的数量也增多了。这种菌是丁酸盐出产者,以其抗炎特性而出名。

处理前后,厚壁菌是最丰厚的细菌群(93%),而纤维素耗费后,放线菌的丰度削减。

另一项对照研讨,包含承受PDX医治3周的健康人类受试者,成果显现,已知出产丁酸盐的菌Ruminococcus intestinalis的数量和Clostridium I,II和IV菌数量添加,而与承受麦芽糖糊精的安慰剂组比较,乳杆菌/肠球菌份额下降。肠道菌群改动继续了10周。

阿拉伯木聚糖

对健康成年人食用含有阿拉伯低聚糖(AXOS)的面包进行了对照研讨。为了干涉,将木聚糖内酯酶制剂加入到小麦/黑麦面包的面团中,得到均匀聚合度为18。安慰剂面包含有阿拉伯木聚糖,均匀聚合度为174。

安慰剂医治后,拟杆菌/直肠真杆菌和 罗氏-真杆菌(Roseburia - Eubacterium) /普氏栖粪杆菌 份额更高。

食用添加AXOS的面包后,细菌总数和粪便丁酸盐含量添加,而分支链短链脂肪酸的浓度下降,一起,蛋白质发酵削减。

此外,一项随机的安慰剂对照的穿插研讨查看了服用AXOS或麦芽糖糊精(安慰剂)的效果。与基线水平比较,摄入AXOS后(但3周后食用安慰剂后)双歧杆菌水平添加。细菌总数,乳酸杆菌,罗氏-直肠真杆菌或肠杆菌没有改动。在AXOS饮食后,尿液中的甲酚(一种细菌代谢物)含量较高。

Zmora N, et al. Nature Reviews Gastroenterology & Hepatology, 2018

细菌和介质上的箭头标明在摄入养分素后调查到丰度的添加或削减。

在细菌之前没有箭头标明,当养分素在这种细菌存在的情况下被喂养时,调查到以下代谢物、介质或疾病危险。

问号标明没有相关细菌或介体的描绘。

a. 对宿主健康有害的相关

b. 有利于宿主健康的联络

后边同。

总的来说,具有不同化学成分的膳食纤维好像能够影响产丁酸盐菌的成长和活性,例如Roseburia、直肠真杆菌和普氏栖粪杆菌。此外,摄入纤维后,双歧杆菌和乳酸杆菌的数量添加,并经常呈现拟杆菌向副拟杆菌的改动。肠道中较高浓度的丁酸盐或许有利于部分和全身健康。

综上,咱们现已了解到膳食纤维对身体健康的好处,那么假定不吃膳食纤维,会发作什么成果呢?

一项研讨构建了无菌小鼠,研讨人员定制了3种食物:含有15%纤维的食物;富含可溶性纤维的食物(类似于膳食弥补剂);不含有纤维的食物。他们以不同的食物喂养实验小鼠,并用大肠杆菌感染它们。

不吃膳食纤维,肠道菌群会吃你

成果发现:富含15%纤维的食物喂养的小鼠,它们肠道被感染的程度最轻。因为它们肠道黏液层较厚,能够防护细菌侵略。可是,假如小鼠吸取的是不含有纤维的食物,它们体内的肠道菌群会因为饥饿而“吃”黏液。一旦长时刻缺少纤维,肠道菌群乃至于会“吃”肠壁。而且,运用富含可溶性纤维食物(类似膳食弥补剂)的小鼠,它们体内的肠道菌群仍然会呈现出“饥饿”状况。

碳水化合物

那些富含淀粉的食物,是咱们平常摄入碳水化合物的首要来历,比方大米、小麦、玉米等谷物、马铃薯等薯类。

大肠中的细菌首要依赖于在上消化道中未消化的膳食底物以存活。糖分化细菌发酵一般发作有利的代谢产品,而假如碳水化合物含量有限,细菌转向代替动力,导致其他代谢产品的发作,这或许对人类健康更有害。膳食碳水化合物发酵后的要害细菌发酵产品是短链脂肪酸和气体

Rowland I et al. European journal of nutrition, 2018

细菌发酵产品之一 短链脂肪酸

粪便中检测到的三种最丰厚的SCFA是乙酸盐丙酸盐丁酸盐

丁酸盐潜在的抗癌活性

丁酸盐能够说是最重要的。它能经过按捺组蛋白去乙酰化酶诱导结肠癌细胞凋亡及其调理基因表达的才能,构成人类结肠细胞的要害能量来历,并具有潜在的抗癌活性。还有根据标明丁酸盐可经过cAMP依赖性机制激活肠道糖异生(IGN),对葡萄糖和能量稳态有利。

丙酸盐与瘦身有关

丙酸盐也是上皮细胞的能量来历,但也转移到肝脏,在肝脏中它也在糖原异生中起效果。因为与肠道受体(G蛋白偶联受体,GPR)GPR 41和GPR 43(也称为脂肪酸受体FFAR2和FFAR3)彼此效果,它也越来越被认为是饱腹感信号中的重要分子。在肠道糖异生中丙酸转化为葡萄糖经过削减肝葡萄糖的发作直接促进能量稳态,然后削瘦身胖。

细菌成长离不开乙酸盐

乙酸盐是最丰厚的SCFA,是其他细菌成长的必需辅因子/代谢物。例如,在没有乙酸盐的情况下,普氏栖粪杆菌Faecalibacterium prausnitzii不会在纯培育物中成长。

细菌穿插喂养

细菌发作中心发酵产品,包含富马酸盐,琥珀酸盐和乳酸盐,但因为其它细菌广泛运用它们,这些产品一般在健康个别的粪便中被检测到低水平。例如,乳酸一般被其他细菌转化为丙酸盐或丁酸盐,因而在成年粪便中以可疏忽的水平存在。

可是,在患有溃疡性结肠炎的患者中,乳酸能够被检测到明显更高的量,而且或许是疾病的目标。共培育穿插饲喂研讨说明晰细菌彼此效果对终究短链脂肪酸检测的影响。由长双歧杆菌在纯培育物中成长的果寡糖(FOS)发作的乳酸盐在与Eubacterium hallii的共培育中彻底消失,且独自的E. hallii不能在碳水化合物底物上成长,被明显的丁酸盐水平所代替。

乙酸盐影响了Roseburia intestinalis的成长,而且与不同的长双歧杆菌菌株共培育,果寡糖上的Roseburia intestinalis成长推延,直到由长双歧杆菌发作的满意的乙酸盐堆集在成长培育基中。

脂肪

脂类在小肠消化吸收的份额较大,粪便中测得的脂肪酸只要7%左右。但有关高脂饮食-肠道菌群相关研讨越来越有目共睹。

高脂肪含量的食物富含磷脂酰胆碱和胆碱,肠道细菌能将其转化成三甲胺,氧化的三甲胺进入血液可导致动脉粥样硬化,然后引发心血管疾病。

高脂饮食引起的菌群失调或许与其促胆汁酸排泄有关

脂肪量和质量或许影响肠道微生物群组成。胆汁酸是膳食影响菌群构成的重要要素之一,在消化、吸收脂类,以及铲除、排泄机体发作的许多废物等发面发挥重要效果。

来自人类干涉研讨的开端数据标明,膳食脂肪经过其对胆汁酸排泄以及胆汁酸组成的影响直接调理肠道菌群的组成。

高脂肪摄入会影响胆汁酸的排泄并添加粪便中二级胆汁酸的浓度,如脱氧胆酸(DCA)。因为它们具有挑选性的抗菌活性,胆汁酸如DCA能够介导脂肪诱导的肠道菌群改动。

在最近的一项短期干涉研讨中,高脂肪,以动物为根底的饮食明显添加粪便DCA浓度并改动微生物群组成,导致耐胆汁酸细菌添加

Rowland I et al. European journal of nutrition, 2018

脂肪也有好坏之分

高饱满和反式脂肪饮食被认为会经过进步血液总胆固醇和低密度脂蛋白胆固醇来添加心血管疾病的危险。另一方面,促进健康的脂肪,如单不饱满脂肪和多不饱满脂肪,对减轻缓慢疾病的危险至关重要。

为了你的身体正常工作,你需求在饱满和不饱满脂肪之间坚持安稳和平衡的供给。

几项人体研讨标明,高脂肪饮食会添加厌氧菌总数和拟杆菌计数。让受试者食用不同脂肪含量的饮食。研讨者指出,与基线水平比较,低脂肪饮食的摄入导致拟杆菌丰度添加,一起空腹血糖和总胆固醇下降。另一方面,高饱满脂肪饮食添加了普氏栖粪杆菌Faecalibacterium prausnitzii的相对份额

最终,摄入高单不饱满脂肪的受试者并没有阅历任何细菌属相对丰度的改动,但总体上的确下降了总细菌负荷、血浆总胆固醇和低密度脂蛋白胆固醇。

对大鼠的研讨标明,摄入高脂肪食物会导致肠道乳酸菌数量明显削减,而丙酸盐和乙酸盐的菌(包含梭状芽孢杆菌、拟杆菌和肠杆菌)则不成份额地增多。此外,肠道乳酸杆菌的丰度与大鼠脂肪量和体重呈负相关。

饱满脂肪促进代谢紊乱

猪油源性和鱼油源性脂质的比较显现,猪油喂养小鼠的拟杆菌和嗜胆菌属增多,用鱼油来历喂养的小鼠放线菌(双歧杆菌和Adlercreutzia)、乳酸菌(乳酸杆菌和链球菌)和Akkermansia muciniphila添加

此外,与食用鱼油的小鼠比较,食用猪油的小鼠的全身TLR活化、白色脂肪安排炎症和胰岛素敏理性受损。作者证明,至少部分原因是因为两组间肠道菌群不同。成果标明,饮食中富含饱满脂肪的小鼠肠道菌群或许经过TLR信号在挑战时促进代谢紊乱

Zmora N, et al. Nature Reviews Gastroenterology & Hepatology, 2018

别的还有第三类脂肪包含氢化脂肪,这是一种人工处理后的脂肪,天然食物中并不存在,比方油炸的快餐食物和人工黄油等,一般是不健康的应该防止食用。

蛋白质

食物中的蛋白质的消化产品首要是氨基酸以及一些小肽,约有95%经过胃和小肠被消化吸收,未吸收的氨基酸以及未消化的蛋白质在大肠下部,经大肠杆菌的效果,即糜烂效果,发作一系列产品。

大多数的研讨指出,蛋白质耗费与总微生物多样性相关。例如,关于乳清和豌豆蛋白提取物,已报导可进步肠共生双歧杆菌和乳酸杆菌,而乳清别的下降了致病软弱拟杆菌和产气荚膜梭菌。豌豆蛋白也被调查到添加肠道短链脂肪酸(SCFA)水平,这被认为是抗炎的而且对坚持粘膜屏障很重要。

一项研讨给无菌小鼠肠道接种10种细菌,并给予不同组合的单糖(蔗糖)、多糖(玉米淀粉)、脂肪(玉米油)和蛋白质(酪蛋白),成果发现跟着酪蛋白浓度添加,细菌总数添加,有7种细菌数量与酪蛋白呈正相关,3种细菌呈负相关。数量与酪蛋白浓度呈正相关的细菌多形拟杆菌、卵形拟杆菌、粪拟杆菌均归于拟杆菌属,占细菌总数绝大部分。

此外,摄入红肉促进的几种微生物也与三甲胺-N-氧化物(TMAO)水平升高有关,三甲胺-N-氧化物是一种致动脉粥样化合物,可添加心血管疾病的危险。

【 注:红肉是养分学上的概念,指的是在烹饪前呈现岀赤色的肉,含有很高的饱满脂肪。如猪肉、牛肉、羊肉、鹿肉、兔肉等一切哺乳动物的的肌肉、内脏及其制品都是红肉。】

Zmora N, et al. Nature Reviews Gastroenterology & Hepatology, 2018

有根据标明,芳香族氨基酸(苯丙氨酸,酪氨酸和色氨酸)能够发酵成苯基丙醇代谢物,苯乙酸和4-羟基苯乙酸,它们在粪便中含量很高。所触及的包含几种拟杆菌,Eubacterium hallii和Clostridium barlettii.

Rowland I et al. European journal of nutrition, 2018

宿主对蛋白质的消化率比碳水化合物和脂肪的消化率变数更大,受从前说到的食物加工要素、许多养分素比率和转运时刻的影响,这也导致不同氨基酸组成能够供肠道微生物群运用。

氨基酸发酵所需的额定的彼此转化进程发作了许多的代谢产品。对宿主有毒的化合物可由此进程发作,包含胺、酚/吲哚和含硫化合物。当然并非一切的氨基酸都会发酵成有毒的产品;事实上,最丰厚的终产品是SCFAs.

氨基酸分化代谢两个进程:要么脱氨生成羧酸加氨,要么脱羧生成胺加二氧化碳。脱氨基会发作高浓度的SCFAs.

接下来的进程取决于氨基酸开端底物的品种,大多数终究会发作三羧酸循环中心体、丙酮酸盐或辅酶A-衔接的SCFA前体。

人体肠道微生物群发酵氨基酸的首要产品

Oliphant K, et al. Microbiome, 2019

下划线标明最丰厚的产品

支链脂肪酸经常被用作蛋白质分化代谢的生物标志物,下降其浓度能够改善健康,支链脂肪酸能够像短链脂肪酸相同调理肝脏内的糖和脂代谢,当丁酸盐缺少时,肠上皮细胞能够运用异丁酸盐作为燃料源。毫无疑问的是由含硫、碱性和芳香氨基酸发作的促炎性、细胞毒性和神经活性化合物带来的负面影响。

植物源生物活性养分素

植物,除了纤维,还为人类饮食供给了许多生物活性化合物。多酚是一大类不同的化合物,多存在于一些常见的植物性食物,如红酒、大豆、西红柿、葡萄、绿茶等,其间一些有利于健康。

例如,给高脂饮食喂养的小鼠弥补来自葡萄或蔓越莓的多酚,削减了炎症和饮食带来的致肥效果。这与

Akkermansia muciniphila菌的许多添加有关。

Zmora N, et al. Nature Reviews Gastroenterology & Hepatology, 2018

但因为对化合物的反响具有相当大的个别间差异,因而很难剖析多酚对人类,特别是黄酮类化合物的健康影响,这或许源于肠道菌群的差异。

研讨用高脂饮食喂养的小鼠,因为低膳食可用性和类黄酮降解共生物的添加,肠道中的黄酮类芹菜素和柚皮素水平明显削减。将高脂饮食喂养的小鼠转换为正常的多糖饮食使其代谢参数正常化,但不是它们的肠道菌群组成,其继续降解这些类黄酮,导致类黄酮水平低。因为成功节食的小鼠被从头喂养高脂饮食,低黄酮类水平充任“微生物群回忆”,经过影响棕色脂肪安排的热量发作进一步加重高脂饮食喂养小鼠的代谢效果。用膳食芹菜素和柚皮素弥补节食小鼠,能够经过弥补其调理能量耗费的才能来防止加重的体重康复。

植物来历化合物怎么与尿路结石危险添加有关?

经过肠道菌群改动为与健康有利的方法的其他植物化合物的实例包含羟基肉桂酸咖啡酸,香豆酸和阿魏酸,它们作为植物中的酯共轭物存在,并以其自在化学方法被认为是抗炎和抗氧化的。双歧杆菌,乳酸杆菌和埃希氏菌属的成员能够从共轭植物形状中开释出来,然后影响这些生物活性化合物的个别化水平。

与此一起,肠道菌群会降解其他有毒植物来历的化合物,如草酸盐,其间富含几种绿色,坚果,浆果和茶,并构成或许导致肾结石构成的草酸钙晶体。 在分化代谢草酸盐的细菌中,产甲酸草酸杆菌Oxalobacter formigenes是一个要害的参加者,该分类群的低丰度与尿草酸盐浓度升高和人类尿路结石危险添加有关。

各种食物中存在的膳食多酚类型

以及导致降解的微生物的类型

Jandhyala S M, et al. World journal of gastroenterology: WJG, 2015

膳食多酚除了具有全身抗菌和代谢功用外,还具有按捺肠道细菌的效果。

维生素

维生素是人体健康必需的小分子物质,近年的研讨发现这些小分子物质对肠道菌群的组成有必定的影响。

经过肠道菌群发作甲基萘醌,叶酸,钴胺素和核黄素,以满意其本身的能量和代谢需求。

维生素K在血液凝结,骨代谢以及或许的胰岛素敏理性中起要害效果。广泛的抗生素医治下降肝脏维生素K2浓度,肠道菌群是维生素K的重要来历。

维生素B9是参加细胞分裂的必需维生素,这种维生素缺少与癌症,贫血症的高危险相关和胚胎发育进程中的神经管缺点。

维生素B12是一种代谢辅助因子,其缺点导致老年人痴呆症和心血管疾病的危险添加。

维生素B2是辅因子黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)和黄素单核苷酸(FMN)的前体。其缺少与神经肌肉和神经体系疾病,癌症和李斯特菌感染的易理性有关。

一项研讨经过问卷方法核算非洲裔美国人和美国白人的饮食组成,成果显现非洲裔美国人杂环胺的摄入较高,维生素的摄入较少,而且与两个种族粪便微生物组成差异相关。维生素D摄入缺少或缺少可引起肠道菌群组成的改动。

还有研讨标明,弥补维生素D3可改动上消化道(胃体、胃窦和十二指肠)的肠道微生物群。γ-变形杆菌相对丰度下降,包含假单胞菌属和大肠杆菌/志贺氏杆菌属,细菌丰度添加。

食物添加剂

在曩昔的几十年里,人类饮食的首要改动之一是加工食物的添加,这些食物一般含有组成的或天然的添加剂,如防腐剂、甜味剂、乳化剂和强化剂。这些添加剂一般被食物监管安排认为是安全的,根据是批按时发布的科学根据。

膳食乳化剂导致菌群失调引起炎症

许多食物(如工业出产的西红柿酱)中都添加了膳食乳化剂,以坚持油和水的乳剂。一项研讨标明,低剂量的两种常见乳化剂,羧甲基纤维素和聚山梨酯-80,会使小鼠菌群失调,然后诱发低度炎症、代谢归纳征和结肠炎。当对这些化合物的反响在人类肠道菌群培育中进行剖析时,检测到了生物活性鞭毛蛋白水平的升高,其原因或许是菌群失调,也或许是细菌基因表达发作了改动。

另一种乳化剂是磷脂酰胆碱(一种卵磷脂)。与l-肉碱和其他胆碱分子相同,卵磷脂被肠道微生物群转化为TMA,然后添加TMAO水平缓CVD1的危险

菌群决议无热量的人工甜味剂对人有利or有害

另一种常用的食物添加剂是无热量的人工甜味剂,它被推广为一种常见的瘦身战略,经过将含有高热量糖的食物和饮料换成无热量的甜味代替品,来约束饮食中摄入的热量。

在人类的调查研讨和啮齿类动物的干涉中,对这种办法的效果的研讨显现出混合的和彼此对立的成果:一些研讨显现了无热量的人工甜味剂对瘦身有利,而另一些研讨报告了无热量的人工甜味剂促进增重和其他相关的代谢紊乱。

无热量的人工甜味剂与葡萄糖不耐受有关

有几项研讨报告了啮齿动物在食用糖精、三氯蔗糖阿斯巴甜、甜美素、新甜和阿昔单胺钾等无热量的人工甜味剂时,其代谢平衡失谐和菌群损坏。对改动的微生物组或其排泄的代谢物的基因含量进行的功用剖析标明,人工甜味剂诱导的生态失调通向代谢表型,关于糖精,经过将引证糖精的小鼠菌群移植到GF幼鼠中,表现出相同葡萄糖不耐受。然后将无热量的人工甜味剂和葡萄糖不耐受树立直接联络。

无热量的人工甜味剂与进步动力收成才能有关

风趣的是,在两项针对不同无热量的人工甜味剂(糖精和阿斯巴甜)的啮齿类动物研讨中,耗费量与醋酸和丙酸盐水平的添加有关,这标明无热量的人工甜味剂改动的肠道微生物群的能量收成才能添加。

在一项小规模的人体干涉实验中,糖精摄入后葡萄糖稳态的损坏在一些参加者中很明显,但不是一切的参加者中都存在,这与他们触摸糖精前和糖精诱导的菌群组成的改动有关(每天弥补120mg糖精,6天,7人)

以上成果标明,无热量的人工甜味剂摄入对健康影响的相反成果源于参加者本身菌群的差异(经过判定菌群的敏理性特征)。由此,关于用无热量的人工甜味剂代替高热量甜味剂,咱们能够区别哪些人能够从中获益,哪些人应该防止。

Zmora N, et al. Nature Reviews Gastroenterology & Hepatology, 2018

矿物质

许多补铁或有菌群失调危险

众所周知,弥补铁是防备和医治贫血的常用办法,尤其是婴儿。可是,细菌尤其是一些病原体是高效的铁铲除剂。因而,弥补铁或许导致菌群失谐和病原体许多繁衍

类似的,在饮食中弥补锰会添加心脏的细菌定植,添加小鼠金黄色葡萄球菌感染的致死率,这或许是因为细菌运用锰来维护机体免受活性氧和中性粒细胞的杀灭。

以上一切都是评论食物中的某种养分成分,但咱们日常日子中,每天吃许多品种的食物,多种食物的组合相互协同,咱们能够讨论下不同的饮食方法和肠道菌群之间的联络,以及对健康的影响。

饮食方法-菌群

地中海饮食法

地中海饮食首要是植物性饮食。地中海饮食着重食用蔬菜、生果、蔬菜、坚果和橄榄油等“健康”脂肪。还有一个重点是运用香料和其他调味品来代替盐的运用。饮食的另一个重要组成部分是约束加工食物中的碳水化合物。

在一项小型研讨中,与相同饮食的男性比较,女人在地中海饮食后的胃口和饥饿感下降起伏更大,这或许是因为该饮食中纤维含量添加所造成的。假如遵从正确的饮食习惯,这种饮食中的纤维含量高,动物源的脂肪含量低,加工食物中的碳水化合物含量低,盐含量低。

不同饮食特色的肠道菌群特征

Brewster R, Trends in microbiology, 2019

打猎-搜集人群依赖于寻食,很少触摸医治剂,在普氏菌和其他纤维降解菌群中高度富集。相反,西方化社会中发现的饮食特征和卫生根底设施与拟杆菌的优势相关,一起伴跟着微生物多样性的削减。

动物饮食 vs 植物饮食

根据动物的饮食对肠道微生物群的影响比根据植物的饮食更大

David L A, et al. Nature, 2014

菌群对饮食的反响相关于一切受试者的基线样品核算每个饮食组上的簇log2倍数改动,并绘制为圆圈。

根据动物的饮食中具有明显倍数改动的群集以赤色上色,而且根据植物和动物的饮食具有明显倍数改动的群集以赤色和绿色上色。

未上色的簇在根据动物或植物的饮食中没有表现出明显的倍数改动(q

在动物饮食中具有三个最大的正和负折叠改动的群会集的菌群成员也被显现并经过门上色:厚壁菌门(紫色),拟杆菌(蓝色),变形菌门(绿色),Tenericutes(赤色)和Verrucomicrobia(灰色)。括号中会计入多个具有相同称号的OTU。

动物饮食添加了耐胆汁微生物(腐朽异样杆菌、嗜胆菌属和拟杆菌)的数量,并下降代谢膳食植物多糖的厚壁菌门的水平(罗氏菌属Roseburia、直肠真杆菌和布氏瘤胃球菌)

该研讨还显现:相关于植物性饮食和基线样本,动物性饮食明显下降了碳水化合物发酵产品的水平,进步了氨基酸发酵产品的浓度

饮食量作为微生物调理剂

吸取的食物量会影响肠道微生物群。

在人类中,短期碳水化合物约束(每天24-164克,继续4周)导致发作丁酸盐的细菌削减,因而发作丁酸盐70,以及约束卡路里的计划(10%的能量摄入削减10%周)导致微生物组组成的改动,包含Blautia coccoides的削减和拟杆菌属的添加。

进食频率对菌群的影响

虽然对进食频率和健康状况进行了许多研讨,但最近才开端研讨进食频率对胃肠道微生物组的影响。

马的盲肠微生物群受养殖频率的影响,养殖频率越高,YRC22属相对丰度越高普氏菌属、乳酸杆菌属、链球菌属、粪球菌属、和考拉杆菌属(Phascolarctobacterium)相对丰度越低。

为了确认饮食方法的改动是否影响与人类葡萄糖反响、脂质代谢和肥壮相关的类群,还需求进行更多的研讨。

与进食频率无关,某些菌群与改善的葡萄糖稳态,脂质和肥壮有关。例如,粘蛋白降解肠细菌A. muciniphila与改善的葡萄糖稳态有关,与动物模型中的炎症反向相关。

在人类中,Akkermansia的添加与空腹血糖、腰臀比和皮下脂肪细胞直径呈负相关。

除以上膳食成分、饮食方法、饮食量、进食频率等对菌群发作影响外,还有昼夜节律改动也会影响菌群动摇。

时刻-饮食-菌群

饮食对微生物组分和功用的时刻效应能够在多个时刻尺度上发作,规模从饮食诱导每日微生物组动摇到注意到长时刻改动后数天内调查到的养分相关效应。

在最高分辨率下,宿主每天昼夜节律的睡觉-清醒和进食-禁食周期伴跟着明显的组成和功用性肠道微生物群改动,在三个首要门,拟杆菌门,厚壁菌门和变形杆菌门的成员中,以及粪便和循环中的细菌代谢产品的水平上,都能调查到肯定丰度振动。

一生中饮食都会影响肠道细菌的结构和功用

Zmora N, et al. Nature Reviews Gastroenterology & Hepatology, 2018

饮食在整个人类生命中影响肠道细菌结构和功用。肠道菌群的改动反映了不一起间结构对养分改动的适应性:

昼夜振动对应于睡觉 - 觉悟和喂养 - 禁食周期;

食物成分和数量的首要改动(在这种情况下,低纤维,高脂肪或高蛋白质饮食)引发微生物群的时刻短改动,其继续时刻善于饮食扰动的继续时刻;

长时刻的饮食习惯会导致肠道菌群的缓慢改动

蓝线标明特定时刻点微生物群结构与成年期间恣意稳态结构的类似程度(β-多样性)。

红线标明粪便微生物丰厚度(α-多样性)。

布景色彩标明每个阶段的典型分类群丰度。

请注意,因为人类微生物群拼装的高度可变性和研讨之间的差异,这些微生物群方法仅仅概念性的,并不旨在个性化水平上供给精准的表征。

失调的昼夜节律和饮食对微生物群的影响

接连肠外养分的小鼠已被证明微生物群落结构发作了实质性改动,但微生物群并未彻底损失昼夜改动。但高脂肪饮食和昼夜节律紊乱的结合或许是导致小鼠微生物失调的原因。

有根据标明细菌含有时钟基因,并以昼夜节律的办法调理宿主的行为。例如,产气肠杆菌据称含有内源性生物钟基因,其经过排泄到胃肠道中的褪黑激素与人宿主同步。

在小鼠中,高脂肪饮食干涉后呈现的肝昼夜节律钟的从头编程被归因于微生物驱动的感应和转录因子PPARC的激活。

肝脏和肠道昼夜节律基因都受到未结合的胆汁酸(已知的微生物代谢产品)的影响。在无菌和抗生素诱导的小鼠模型中,微生物群的缺失已被证明会改动肠上皮细胞核受体的转录以及比如Rev-erba、RORa、Bmal1、Cry1、Per1和Per2等时钟元件。

已发现在没有微生物的动物中,回肠和结肠上皮细胞内昼夜节律性被彻底打乱了。研讨人员估测,微生物相关的分子方法是以接连的办法从微生物群中开释出来的,相反,也有研讨标明细菌组成的昼夜改动导致细菌代谢物浓度的相应改动,例如在禁食期间到达峰值的丁酸盐,以及在摄食期间到达峰值的硫化氢。已显现粪便丁酸盐在规范但不是高脂肪饮食的小鼠中循环,而硫化氢在高脂肪但非正常饮食的小鼠的盲肠中表现出周期性行为。从前现已在体外证明这些代谢物能够直接影响肝脏时钟基因Per2和Bmal1的循环。

总归,在昼夜节律损坏后调查到的负面成果或许与由肠屏障功用的改动,促炎细菌的丰度添加和昼夜节律紊乱相关疾病的病因引起的炎症进程有关。

饮食-菌群-健康互动的杂乱性

许多养分素、微量养分素和食物添加剂与微生物群彼此效果,改动特定属的丰度或微生物代谢产品环境,然后对宿主健康发作相当大的影响。在这个杂乱的网络中,大多数食物成分和微生物是多面的,对宿主既有利又有害。

Oliphant K et al. Microbiome, 2019

常见的膳食成分经过肠道微生物群代谢并发作调理宿主代谢(例如在动脉粥样硬化中)的代谢物【例如,膳食胆碱和三甲胺(TMA)】。一起,饮食改动了菌群组成并因而改动了微生物代谢产品,其间一些对宿主会发作有利或有害的影响【例如,脂肪,脂多糖(脂多糖)和内毒素血症)】。一些彼此效果局限于肠道【例如,纤维,短链脂肪酸(SCFAs)和肠道糖异生】,而其他效果则有体系性效果【例如,脂肪,乙酸盐和抗胰岛素性(IR)】。

橙色线标明促进代谢归纳征(MetS)的彼此效果,绿线标明维护免受MetS的彼此效果。虚线标明全身效应。CCL2:CC-趋化因子配体2; FMO:含黄素的单加氧酶; GPR41:G蛋白偶联受体41; GSIS:葡萄糖影响的胰岛素排泄; TLR4:Toll样受体4;氧化三甲胺:三甲胺N-氧化物; UCP1:线粒体棕色脂肪解偶联蛋白1; WAT:白色脂肪安排。

饮食方法能够经过养分物质对多种变量的影响影响影响代谢改动和炎症的开展,包含微生物组分、微生物产品的开释、胃肠道信号分子、以及神经递质。

因为细菌专门用于不同底物的发酵,复合饮食能够为特定的种系供给一系列促成长和成长按捺因子。

这些信号分子顺次与免疫体系的调理有关,促进或按捺促炎细胞因子的发作和特异性白细胞亚群的扩展,如Th17和Treg细胞,它们与神经体系发育有关。

膳食代谢产品可经过不同的信号通路引起免疫应对

Tan J K, et al. Annual review of immunology, 2017

1

膳食代谢物来历于各种食物的消化

食物,如纤维、鱼和肉被消化,直接(例如,ω-3脂肪酸、烟酸)或直接发作代谢物【例如,短链脂肪酸(scfas)或吲哚-3-醛,别离经过细菌消化膳食纤维或色氨酸取得】

2

膳食代谢产品能够经过代谢传感GPCRs宣布信号

这能够经过激活MAP激酶等途径的传统G蛋白信号传导,或经过β-按捺蛋白2来完结,一种与抗炎效果更密切相关的代替途径,包含按捺NF-κB功用或按捺炎症细胞因子的发作。

此外,在GPCR激活后,NLRP3炎症体激活呼应Ca2+通量或K+射流。

3

某些代谢物作为组蛋白脱乙酰酶(HDAC)按捺剂

例如短链脂肪酸,尤其是丁酸盐和丙酸盐。

SCFAs按捺HDAC可使组蛋白内赖氨酸残基乙酰化,然后经过染色质松懈促进基因转录。

4

最终,膳食代谢物能够作为转录共激活因子

例如,吲哚-3-醛与芳烃受体(AHR)结合,答应其与AHR核转位蛋白(ARNT)彼此效果以促进基因转录,包含肠内稳态细胞因子IL-22.

膳食代谢物信号的效果以及对免疫、代谢和神经体系的影响

Tan J K, et al. Annual review of immunology, 2017

各种膳食代谢物的可用性取决于食物摄入量(数量和质量)以及宿主或肠道微生物群的推陈出新。代谢产品散布到胃肠道,并以高浓度输送到门静脉。

这些代谢物能够引发广泛的生物学功用,首要是经过结合到它们的同源GPCRs。GPCR激活可诱导细胞形状和运动的改动,诱导Ca2+或K+流出,或诱导下流pi3k/map激酶途径。GPCRs也能够经过β-按捺蛋白来传递信号,β-按捺蛋白能够按捺NF-κB的激活和促炎细胞因子的发作。

随后,其同源GPCRs的饮食代谢物激活可影响细胞搬迁、炎症体激活、上皮完好性、炎性细胞因子发作、Treg细胞生物学、肠-脑轴、安排修正、肿瘤按捺、饱腹感和代谢。

饮食和菌群彼此效果影响胃肠功用和健康(从生态学、代谢学和免疫调理的视点)

Murtaza N, Gastroenterology Clinics, 2017

以上咱们知道了饮食对刻画肠道菌群及健康的重要性

可是或许咱们还有疑问:

肠道菌群对吸取食物的呼应周期是多长时刻?

肠道菌群的动态动摇和安稳首要受什么要素影响?

下面看一篇威望的论文

该文章将每日宏基因组数据与日常饮食相结合,构建了呼应饮食的肠道菌群改动模型来进行研讨。

实验设计

某研讨接连17天搜集来自34名受试者的膳食摄入数据和粪便样本。运用自动化自我办理的24小时(ASA24)饮食评价东西搜集每日食物记载

表1 按性别分类的主体特征

Johnson A J, et al. Cell host & microbe, 2019

值显现为均匀值±规范偏差。运用Student's t查验核算p值。

Johnson A J, et al. Cell host & microbe, 2019

(A) 在整个研讨期间,一些受试者的菌群组成比其他受试者的改动更大

(B) 在按微生物群类似性排序的研讨期间,按天核算的20个最可变的功用模块(变异系数最高)的相对丰度。

Johnson A J, et al. Cell host & microbe, 2019

(C) 饮食摄入量是高度个性化的,在受试者之间和内部是可变的。

(D) 在整个研讨期间,微观和微量养分素概略相对安稳

日常饮食-微生物群相关是个性化的

Johnson A J, et al. Cell host & microbe, 2019

(A)二级食物组与种层级分类学使命之间的主体内相关性的气泡图可视化(Spearman的相关性;FDR校对的p值

(B)两个明显的Spearman相关性在2个水平的食物集体和具有相反方向性的物种之间的相关性

(C)一个保存的方向性的比如(一切FDR-校对的p值

成果发现

类似的食物对不同人的肠道菌群有不同的影响

比较于惯例养分素,肠道菌群与全体食物数据具有更为激烈的相关性

每日微生物组的改动取决于至少两天的饮食前史

肠道菌群安稳性与饮食多样化有关

一起咱们也能够看出,以调理肠道菌群为意图的干涉计划需求针对个别进行定制。

对上述一切饮食的比较提醒了一个中心主题:蔬菜、生果、瘦肉的消费量添加,加工食物的消费量削减,可带来活跃的健康效益。大多数人挑选食物的要素往往会集在食物的数量和简单取得和预备,而不是食物的内容和质量。因为优先考虑这些要素,食物首要为咱们身体供给动力和保证健康越来越被咱们忽视,取而代之的是快餐,高热量、低养分质量食物的许多进入咱们日子,这直接导致了当下的许多慢病包含肥壮的盛行。

遍及饮食主张

食用首要由新鲜蔬菜、生果和瘦肉蛋白质来历组成的饮食。

添加纤维有助于进步饱腹感和改善血糖参数。

-贫蛋白来历也会添加饱腹感。

-约束加工食物和外源性膳食糖的摄入量。

-操控食物巨细和饮食量。

-防止从饮猜中吸取热量。

谷禾健康是谷禾面向健康范畴的品牌,经过无创搜集微量粪便样品,常温快递运送至谷禾检测中心,经全自动化样品处理和提取后大规模高通量测序获取菌群基因数据并进行剖析解读,凭仗全球抢先的样本堆集和业界独有的人工智能算法完结了根据肠道菌群的疾病猜测和体系健康危险评价, 以及肠道菌群,病原物感染,重金属污染以及养分物质和激素代谢水相等在内的归纳健康危险提示,并供给精准个性化的健康办理计划。公司成立于2012年,总部坐落杭州,具有优异的研制团队和独立实验室,经过多年的堆集,已完结近6万例临床肠道菌群样本检测,并构建了超越20万各类人群样本数据库。

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