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饮食因素对肠道菌群影响的研究进展 消化界

2018-04-24  bawuping

被称为“人体第二大脑”的肠道菌群,是指在胃肠道内栖息着的1 000多种微生物,主要由厚壁菌门(64%)、拟杆菌门(23%)、变形菌门(8%)、放线菌门(3%)的细菌所构成。这些细菌的数量可达1014个,编码它们的基因数量至少是人体基因数量的100倍。它们参与了营养物质的消化吸收、药物代谢、免疫调节等生理活动,在人体健康中起着至关重要的作用。人类肠道菌群的构建从出生至菌群数量、结构和比例达到稳定,大概需要三年时间。但是肠道菌群的成分并不是一成不变的,菌群结构受到许多因素的影响和制约。基因、年龄、性别、饮食、生活方式、抗生素的使用等因素都可以造成肠道菌群的改变,即使是双胞胎,其肠道菌群也有着显著性差异。

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谷类

位于膳食金字塔最底层的谷类,从农业时代开始就是人类膳食中最重要的组成成分。谷物中含有丰富的膳食纤维、抗性淀粉、低聚糖、碳水化合物等,流行病学调查表明全谷物的摄入可以预防癌症、心血管疾病、糖尿病和肥胖,这些作用的发挥与全谷物对肠道菌群的调节密不可分。一些体外模型的研究发现燕麦片和小麦片均能增加双歧杆菌的数量。赵兰涛等以小鼠为实验对象对五种谷物(燕麦、大麦、全麦、糙米、黑米)和一种精致谷物(大米)进行对比研究。结果表明,摄入全谷物的小鼠肠道菌群发生了变化,与摄入基础饲料和大米的小鼠相比,摄入全谷物的小鼠肠道双歧杆菌和乳酸杆菌的数量显著上升。Christensen等在绝经期妇女中开展了12周的饮食干预研究,一组给予全麦,一组给予精制小麦。结果发现,在给予全麦的一组肠道内双歧杆菌相对丰度增加。Carvalho-Wells等研究发现,通过给予志愿者三周的全谷物早餐麦片,可提高志愿者粪便中双歧杆菌的水平,而且在饮食干预期间志愿者粪便中乳酸菌/肠球菌比例显著增加。另有Costabile等通过随机、对照、双盲试验发现,与只食用大麦麦麸的志愿者相比,食用了全谷物大麦的志愿者肠道菌群中含有更丰富的双歧杆菌和乳酸杆菌,相应伴随着血清总胆固醇的降低。另一交叉试验也表明全谷物大麦能够提高双歧杆菌、罗氏杆菌的数量,并且能够降低血浆白细胞介素-6的水平和餐后血糖峰值。

以上研究显示谷物可通过增加双歧杆菌的数量来改变人体的肠道菌群组成,提示饮食中全谷物的摄入、肠道菌群的改变、谷物预防癌症和代谢性疾病的作用三者在疾病因果链上可能存在一定关系。

02

蔬菜和水果类

蔬菜和水果位于中国居民平衡膳食宝塔中的第二层,富含人体必需的多种维生素和矿物质,是人体平衡膳食的重要组成成分。诸多研究显示,足量的蔬菜和水果摄入能够降低慢性病的发病率。韩国泡菜是一道韩国人民传统的辅菜,由白菜、大蒜、红辣椒、洋葱、姜腌制而成。2015年Han等对韩国泡菜做了相关研究发现,为期8周新鲜泡菜或发酵泡菜干预均可使肠道内变形菌和放线菌的相对丰度增加,而食用发酵泡菜还可以增加普氏菌和拟杆菌的相对丰度,降低Blautia菌的丰度,这提示泡菜对肠道菌群有调节作用,且发酵泡菜的作用更为显著。Shinohara等的研究显示,通过每天给予志愿者两个苹果的膳食干预,持续两周后志愿者粪便中双歧杆菌数量显著增加并且乳酸杆菌、链球菌、肠球菌的数量也呈增加趋势,而肠杆菌和梭状芽胞孢杆菌数量有所下降,这表明苹果可以改善肠道环境。此外,蓝莓和桑椹中的花青素可通过增加肠道中的双歧杆菌的数量,来改善由高脂饮食导致的肥胖和血脂异常。Smith-Brown等发现蔬菜的摄入可以增加Lachnospira属细菌的相对丰度,而水果,尤其是苹果和梨摄入量的增加可逐渐降低Ruminococcus属细菌的相对丰度。在最近的一项干预性研究中,20名志愿者先进行为期3天的蔬菜/水果汁干预,再进行连续17天的普通饮食,结果发现,3天之后志愿者的体重和体质指数都下降,伴随着厚壁菌门和变形菌门的比例下降,拟杆菌门的比例升高,并且血浆和尿液中的一氧化氮相对基线有所升高,脂质的过氧化作用有所降低。这项研究表明蔬菜/水果的干预能改变人体肠道菌群和生物标志物,具备一定的参考意义,但是该研究存在样本量过少以及干预期相对较短的问题,因此得出结论时还需慎重。

如上研究显示蔬菜、水果能够在门、属、种的水平上改变肠道菌群的数量和结构。然而,影响肠道菌群组成的靶向菌在各项研究之间仍然存在差异,针对靶向菌的研究仍有待进一步开展。

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豆类、奶类及鱼肉类

豆类、奶类及鱼肉类作为人体蛋白质的主要来源,位于膳食宝塔的第三层。多项针对新生儿的研究表明,母乳在新生儿肠道菌群的定植和成熟中起关键作用。母乳富含多种生物活性因子,如溶菌酶和乳铁蛋白等抑菌活性物质,可在促进正常菌群定植的同时有效抑制有害菌的定植。Maga等研究显示,通过给6周龄仔猪连续饲喂两周富含重组人类溶菌酶的羊奶,可显著改变仔猪肠道菌群的组成,提高有益菌(双歧杆菌、乳杆菌)数量,降低有害菌(分枝杆菌、链球菌、弯曲杆菌)的数量。Uyeno等为证实酸奶对肠道菌群的影响,对15位健康成年人进行了为期20天酸奶干预试验,通过干预前后的对比发现,摄入酸奶后拟杆菌和普氏菌数量下降,Clostridium coccoides–Eubacterium rectale group数量升高,且这一变化与酸奶中是否含有乳酸杆菌无关。另有研究发现,与饲喂大米的小鼠相比,饲喂猪肉的小鼠其肠道内拟杆菌门细菌数量增加而厚壁菌门细菌数量降低。此外,一项针对绝经妇女的豆类饮食干预研究发现,豆类的摄入可使双歧杆菌的比例增加,并且受试者体内大豆异黄酮的代谢产物——雌马酚含量越高则双歧杆菌的比例也越高,这提示双歧杆菌可能参与大豆异黄酮的代谢进而改善绝经相关性疾病。

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油脂类和糖类

作为中国膳食宝塔最顶层的油脂类和糖类,是每天推荐摄入最少的成分,然而油脂和糖类对菌群的调节作用也不容忽视。Zhang等通过对大鼠饲喂不同脂肪含量的饲料发现,相对于正常饮食的大鼠,高脂饮食的大鼠肠道内拟杆菌和双歧杆菌的数量下降,而厚壁菌门细菌和变形菌门细菌的数量增加。Turnbaugh等将小鼠的饮食模式从低糖低脂调整至高糖高脂后,小鼠肠道中拟杆菌数量迅速下降。Magnusson等等的研究同样发现,高脂饮食和高糖饮食会导致小鼠肠道内拟杆菌的数量减少,且高糖饮食中拟杆菌数量降低得更为明显,但只有在高糖饮食中乳酸杆菌数量才显著升高,这提示高糖饮食和高脂饮食都能改变肠道菌群的组成,并且靶向菌存在差异。另有研究对“高膳食纤维、低脂”的地中海饮食模式和“高碳水化合物、高脂”的西方膳食模式这两种完全不同的饮食模式进行对比发现,采用地中海饮食模式的埃及人肠道中短链脂肪酸含量高,多糖降解细菌丰富,而采用西方膳食模式的美国人其肠道菌群却以氨基酸和蛋白水解细菌为主,进一步证实了饮食模式对肠道中功能性细菌的调控作用。

05

结语

肠道菌群与人体健康息息相关,而饮食在菌群组成、数量和比例这三方面对肠道微生物均具有调节作用,因此通过改善饮食结构或服用微生态制剂,进而调整肠道菌群的结构和数量,将有利于代谢性疾病、消化系统疾病甚至精神性疾病的预防和治疗。

目前报道的饮食与肠道菌群研究中,大多针对单一营养成分进行,如高糖、高脂饮食,膳食纤维的摄入对肠道菌群的影响。而实际膳食中食物组成复杂,且摄入的不同营养素之间也可以在体内相互转换,因此有待开展复合营养成分对肠道菌群的研究。其次,无论是现有的动物实验还是人群随机对照研究,大都存在实验干预周期短、受试对象少的问题,鉴于肠道菌群结构的不稳定性,大样本、长周期的饮食干预仍需进一步开展。

近年来,饮食与肠道菌群相关性的研究在国内外均取得较大进展,不少研究通过宏基因组测序发现了饮食差异中的肠道靶向菌。进一步针对这些靶向菌展开代谢组学研究和功能性鉴定,对于探讨饮食、靶向菌、健康/疾病的三者作用机制十分必要。相信随着微生物检测等技术的不断发展,相关研究的不断深入,对肠道菌群的认知将会更加透彻。

来源:中国微生态学杂志

作者:覃向向 等

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