郭坤杰，張萌萌，吉日木圖，2，何 靜*

（1 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) 乳品生物技術(shù)與工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 呼和浩特 010018 2 內(nèi)蒙古駱駝研究院 內(nèi)蒙古巴丹吉林 737300）

人體腸道微生物是一個(gè)多元化的微生態(tài)系統(tǒng)，它參與人體自出生直至衰亡的生命代謝過程。在這個(gè)過程中，腸道菌群為宿主提供了必要的生理功能，包括新陳代謝、免疫和神經(jīng)元的發(fā)育[1-2]。與宿主基因組不同，腸道菌群具有雙向可塑性，很容易適應(yīng)各種環(huán)境和宿主衍生的刺激。在環(huán)境因素中，飲食是影響腸道菌群基因和組成的關(guān)鍵因素，其中宏量營養(yǎng)素（脂肪、蛋白質(zhì)和碳水化合物）的數(shù)量、類型和平衡都對腸道菌群有顯著影響。通過改變反應(yīng)器中的營養(yǎng)環(huán)境來改變微生物群落結(jié)構(gòu)和功能，將是保持人類腸道微生物健康的最佳方式。為此，本文詳細(xì)介紹飲食成分對腸道菌群影響的研究，以期為研究飲食、腸道微生物與健康的關(guān)系提供新思路。

1 飲食與腸道菌群的關(guān)系

個(gè)人飲食或飲食習(xí)慣對腸道菌群的改變起著至關(guān)重要的作用。到目前為止，飲食和腸道菌群之間的關(guān)系尚未明確。許多研究表明，所有影響腸道菌群的因素中飲食是最重要的因素之一。主要研究不同類型的飲食，如高碳水化合物、高脂肪、膳食纖維、西方飲食、益生元和素食飲食，在進(jìn)食后24 h 內(nèi)對腸道菌群的轉(zhuǎn)移和形成有重要作用[3]。根據(jù)食物攝入的種類，哺乳動(dòng)物分為草食性、肉食性和雜食性動(dòng)物，每個(gè)種類都具有獨(dú)特的腸道菌群組成；根據(jù)飲食類型，參與代謝途徑的基因也相應(yīng)地表達(dá)代謝特定的飲食成分。盡管攝入的飲食類型不同，但厚壁菌門 （Firmicutes）、擬桿菌門（Bacteroidetes）、變形菌門（Proteobacteria）和放線菌門（Actinobacteria）都會(huì)發(fā)生顯著變化（圖1）。此外，碳水化合物、蛋白質(zhì)和脂肪等膳食營養(yǎng)素的組成、數(shù)量、性質(zhì)和營養(yǎng)平衡是改變腸道菌群組成和代謝的主要因素。

圖1 健康和非健康飲食影響腸道菌群的組成Fig.1 Healthy and unhealthy diets affect the composition of intestinal flora

正常人體腸道由1014個(gè)共生微生物群落組成，包括細(xì)菌、病毒、真菌和原生動(dòng)物[4]。當(dāng)人體攝入食物后，先經(jīng)胃消化，然后通過小腸，最后未消化的食物到達(dá)大腸。腸道微生物存在于大腸內(nèi)，通過代謝、生物合成和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑對宿主健康起到重要作用。腸道菌群對未消化的食物進(jìn)行發(fā)酵從而產(chǎn)生代謝副產(chǎn)物，而這些副產(chǎn)物是刺激生物信號(hào)通路的前體。激活信號(hào)通路會(huì)影響機(jī)體代謝，從而調(diào)節(jié)能量穩(wěn)態(tài)，最終導(dǎo)致肥胖或消瘦。飲食分為健康或非健康飲食，根據(jù)其性質(zhì)、組成和熱量不同來影響人體的健康狀況。此外，許多炎癥和自身免疫性疾病的發(fā)生主要是由飲食和相關(guān)的“有益”或“非有益”微生物引起的。一旦食物進(jìn)入腸道，腸道菌群組成迅速變化，并根據(jù)飲食類型改變代謝途徑和免疫反應(yīng)。同時(shí)，人體腸道菌群的構(gòu)成主要由飲食和生活方式?jīng)Q定，非健康飲食（如高熱量、高糖和高脂肪飲食等）可能刺激“非有益”微生物，而健康飲食（如益生元或富含膳食纖維的飲食）則具有恢復(fù)“有益”菌群的能力[5]。所以，維持和塑造腸道中的“有益”菌群對宿主健康至關(guān)重要。

1.1 健康飲食與腸道菌群的關(guān)系

健康飲食如富含纖維、益生元和素食的飲食，可以促進(jìn)“有益”腸道微生物生長。一個(gè)多世紀(jì)以前，諾貝爾獎(jiǎng)獲得者Elie Metchnikoff 就做出一個(gè)設(shè)想：補(bǔ)充乳酸菌對健康有益，并有助于延長壽命。益生菌是對宿主有益的活性微生物，可以調(diào)節(jié)腸道菌群，通過預(yù)防腸道疾病以增強(qiáng)宿主免疫力。益生菌直接或間接作用于腸道菌群，調(diào)節(jié)腸道菌群失調(diào)，但其作用機(jī)制尚未明確。而益生元是不被宿主消化吸收的食物成分，而被“有益”腸道菌群發(fā)酵。

益生元對健康有潛在益處，從而受到廣泛關(guān)注。有研究表明，菊粉、低聚果糖、乳果糖和低聚半乳糖等益生元可以使乳桿菌（Lactobacillus）和雙歧桿菌（Bifidobacterium）的數(shù)量增加，而乳桿菌和雙歧桿菌可以產(chǎn)生SCFAs（乳酸和乙酸）并通過發(fā)酵過程豐富益生菌促進(jìn)宿主健康[6]?？剐缘矸垡彩且环N益生元，它可以不經(jīng)胃和小腸的消化到達(dá)結(jié)腸，被特定微生物發(fā)酵，產(chǎn)生丁酸等SCFAs，從而作為結(jié)腸上皮細(xì)胞的能量來源，具有多種保健作用并增強(qiáng)胰島素敏感性。根據(jù)抗性淀粉的組成不同，腸道菌群對抗性淀粉的響應(yīng)也不同，從而使厚壁菌門和擬桿菌門的比例發(fā)生變化[7-8]。

許多研究集中在其它的健康飲食上，如水果、蔬菜、可發(fā)酵膳食纖維和富含多不飽和脂肪酸的飲食，研究表明食用這些食物可以提高免疫力并調(diào)節(jié)免疫功能[9]。此外，這些膳食營養(yǎng)素通過調(diào)節(jié)腸道上皮細(xì)胞失調(diào)、減輕過敏反應(yīng)、調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)和減少炎性疾病的方式在調(diào)節(jié)宿主與腸道菌群相互作用中發(fā)揮著重要作用。

1.2 非健康飲食與腸道菌群的關(guān)系

在現(xiàn)代生活方式中，非健康飲食的消費(fèi)普遍升高，使人們攝入的脂肪和糖含量增加，膳食纖維含量下降[6]。據(jù)報(bào)道，過度食用加工食品會(huì)影響腸道中的 “有益” 菌群，從而影響系統(tǒng)的內(nèi)穩(wěn)態(tài)。Varadharajan 等[11]研究表明，自助餐廳飲食對Sprague Dawley 大鼠的腸道菌群影響很大，使厚壁菌門、擬桿菌門和變形菌門發(fā)生變化，從而導(dǎo)致肥胖。富含飽和脂肪酸的飲食可以改變腸道菌群組成，增加了革蘭氏陰性菌的比例；這種改變會(huì)刺激脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）的產(chǎn)生，增加腸道通透性，導(dǎo)致代謝內(nèi)毒素血癥[12]。此外，高糖飲食如軟飲料、糕點(diǎn)、甜點(diǎn)心和白面包，能量高、營養(yǎng)價(jià)值低，會(huì)改變腸道微生物的新陳代謝，增加肥胖、心血管疾病和糖尿病的風(fēng)險(xiǎn)。大量研究表明，低纖維的西方飲食也會(huì)降低結(jié)腸黏液屏障，導(dǎo)致有害微生物群入侵，這會(huì)導(dǎo)致病原體易感染性和炎癥，在碳水化合物（包括纖維）攝入量減少到30 g/d，24 h 內(nèi)腸道菌群變化明顯，因?yàn)樘妓衔锏膿p失極大地降低了纖維素降解細(xì)菌的豐度，而乳球菌屬 （Lactococcus） 和鏈球菌屬（Streptococcus）的豐度增加，導(dǎo)致短鏈脂肪酸 （short-chain fatty acids，SCFAs）水平降低，所以對腸道健康產(chǎn)生不利影響[13]。Sonnenburg 等[14]研究了人類微生物菌群對小鼠缺乏纖維攝入的影響，結(jié)果表明，低纖維飲食導(dǎo)致小鼠腸道內(nèi)的微生物多樣性顯著降低，而將小鼠轉(zhuǎn)化到正常的纖維飲食時(shí)，微生物的多樣性卻無法恢復(fù)。因此，膳食纖維對腸道菌群多樣性的影響至關(guān)重要。

2 飲食成分對腸道菌群的作用

2.1 碳水化合物

碳水化合物對腸道菌群的影響過程極為復(fù)雜，主要取決于碳水化合物的類型和數(shù)量。有研究表明，西方飲食中普遍存在簡單碳水化合物，如軟飲料、糕點(diǎn)、甜點(diǎn)心和白面包，這抑制了共生類桿菌在小鼠腸道中的定植，并促進(jìn)了肥胖的發(fā)展[58]。同時(shí)，這類飲食能量高、營養(yǎng)價(jià)值低，會(huì)改變腸道微生物的新陳代謝，增加肥胖、心血管疾病和糖尿病的風(fēng)險(xiǎn)。與此相反，長期食用復(fù)雜碳水化合物（如膳食纖維）已被證明使普雷沃特氏菌的數(shù)量增多。發(fā)酵膳食纖維是盲腸和結(jié)腸菌群的主要功能之一，也是發(fā)酵終產(chǎn)物SCFAs 的主要來源（圖2）。SCFAs 作為信號(hào)分子，通過抑制組蛋白脫乙酰酶（histone deacetylases，HDACs）或作為幾種G 蛋白偶聯(lián)受體（G protein-coupled receptors，GPCRs；包括GPR41、GPR43 和GPR109A） 和過氧化物酶體增殖物激活受體γ （peroxisome proliferators-activated receptor-γ，PPARγ）的配體發(fā)揮作用[16-17]。用丁酸鹽補(bǔ)充高脂飲食（high fat diet，HFD）小鼠可預(yù)防飲食引起的肥胖和胰島素抵抗，增加能量消耗[18]；利用丙酸鹽治療時(shí)，超重個(gè)體的體重停止增加[19]，健康女性的葡萄糖耐量得到改善。結(jié)腸內(nèi)注射與攝入纖維水平相匹配的醋酸鹽、丙酸鹽或丁酸鹽可改善超重或肥胖男性的能量代謝[20]。Frost等[21]研究表明，HFD 喂養(yǎng)并補(bǔ)充可發(fā)酵纖維的小鼠更瘦，消耗的食物更少，并在下丘腦表達(dá)厭食神經(jīng)肽，所以纖維源性醋酸鹽在食欲調(diào)節(jié)機(jī)制介導(dǎo)下的有益作用。同時(shí)，通過標(biāo)記碳水化合物，發(fā)現(xiàn)醋酸鹽積累在下丘腦中，又通過功能腦成像觀察到靜脈注射醋酸鹽后下丘腦神經(jīng)元激活后的變化[21]。

丁酸鹽在維持腸道免疫平衡、預(yù)防炎癥和癌癥發(fā)生方面具有重要作用[22]。這個(gè)過程可以通過調(diào)節(jié)炎性細(xì)胞或調(diào)節(jié)性T 細(xì)胞（Regulatory cells，Tregs）來實(shí)現(xiàn)[23-24]。一些研究表明，膳食纖維在促進(jìn)腸屏障功能方面發(fā)揮著重要作用。當(dāng)動(dòng)物食用低纖維食物時(shí)，腸道菌群的營養(yǎng)源從纖維轉(zhuǎn)移到宿主黏液，從而使其對病原體的預(yù)防減弱。因此，當(dāng)小鼠感染了黏膜病原體檸檬酸桿菌（Citrobacter rodentium）后，出現(xiàn)黏膜層被侵蝕，從而破壞屏障功能并導(dǎo)致致命性結(jié)腸炎[25]。盡管用純纖維（如菊粉） 補(bǔ)充低纖維飲食并不能消除檸檬酸桿菌的敏感性，但純纖維可以通過一種纖維介導(dǎo)的促進(jìn)黏液功能的關(guān)鍵細(xì)菌[26]或IL-22[27]誘導(dǎo)的機(jī)制來減輕脂肪飲食對腸道屏障和宿主健康的有害影響。

有趣的是，膳食纖維和腸道菌群之間的相互作用并不是一定有益于宿主。對比前面提到的有益的研究[22]，另一個(gè)研究表明，在缺乏Apc 基因和錯(cuò)配修復(fù)基因Msh2 的大腸癌遺傳易感小鼠模型中，纖維衍生丁酸酯與腫瘤發(fā)生有關(guān)。在這種情況下，丁酸酯通過誘導(dǎo)腸隱窩中的干細(xì)胞樣特征來促進(jìn)腫瘤發(fā)生，潛在的導(dǎo)致干細(xì)胞的產(chǎn)生和自我更新[28]。這一觀察結(jié)果仍有待于人體實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證。

2.2 脂肪

幾十年來，由于推測攝入脂肪與心血管疾?。╟ardiovascular diseases，CVDs）和肥胖有關(guān)，因此一直不鼓勵(lì)高脂肪飲食。1981年至2007年發(fā)表的前瞻性隊(duì)列研究的薈萃分析不支持這種聯(lián)系；因此，2015年美國農(nóng)業(yè)部和衛(wèi)生部發(fā)布的最新版本的飲食指南中，不再要求減少脂肪總攝入量，而是要求優(yōu)化飲食中的脂肪類型，特別是減少飽和脂肪酸和反式脂肪酸的攝入[29]。一些研究表明脂肪的數(shù)量和來源對宿主有不同的影響，其中一些脂肪介導(dǎo)的影響是通過腸道菌群引起的變化來傳遞的。通過富含脂肪的飲食改變腸道菌群，使表達(dá)LPS 的細(xì)菌過多，導(dǎo)致小鼠和人類的LPS 水平升高，這種促炎癥狀態(tài)被稱為“代謝性內(nèi)毒素血癥”。LPS 通過造血細(xì)胞中的Toll 樣受體4 （toll-like receptors 4，TLR4）和CD14 傳遞信號(hào)，從而促進(jìn)體重增加或?qū)е路逝?，增加白色脂肪組織（white adipose tissue，WAT）巨噬細(xì)胞的炎癥指數(shù)和胰島素抵抗。有趣的是，這些副作用似乎只針對飽和脂肪，例如以富含豬油的飼料喂養(yǎng)小鼠，會(huì)促使擬桿菌屬、Turicibacter 和Bilophila spp.的數(shù)量增加[30]。相比之下，喂食不飽和魚油的小鼠，會(huì)使雙歧桿菌、阿克曼菌（Akkermansia）和乳桿菌的數(shù)量增加，且未表現(xiàn)出代謝損傷。除了過多表達(dá)LPS 的細(xì)菌外，HFD 相關(guān)菌群有時(shí)還與丁酸和維甲酸（retinoic acid，RA）水平降低有關(guān)[31]，這兩種物質(zhì)都有助于腸內(nèi)穩(wěn)態(tài)，并調(diào)節(jié)樹突狀細(xì)胞和調(diào)節(jié)性T 細(xì)胞的歸巢和分化[24]。因此，HFD 消耗丁酸鹽和RA 可導(dǎo)致小鼠化學(xué)性結(jié)腸炎的惡化。飽和脂肪還可以通過促進(jìn)?；撬崤c宿主的膽汁酸結(jié)合，從而擴(kuò)大沃氏嗜膽菌（Bilophila wadsworthia）的豐度，再將其用作末端電子受體并產(chǎn)生硫化氫或次級(jí)膽汁酸，最后可能導(dǎo)致腸道屏障破壞和免疫細(xì)胞浸潤[32]。此外，其他飲食脂肪類型對腸道菌群的調(diào)節(jié)作用尚未明確。當(dāng)前的證據(jù)表明，在健康的人類中，食用ω-3 多不飽和脂肪酸（polyunsaturated fatty acids，PUFAs）會(huì)導(dǎo)致幾種產(chǎn)生丁酸鹽的細(xì)菌的豐度增加，這與已知的ω-3 PUFAs 的抗癌和抗炎作用一致[33]。

雖然SCFA 可以使肥胖患者增重，但卻在膳食纖維中起到積極作用。研究表明，肥胖小鼠的腸道菌群從食物中獲取能量的能力增強(qiáng)。在這個(gè)機(jī)制中，難消化的碳水化合物發(fā)酵產(chǎn)生醋酸鹽、丙酸鹽和丁酸鹽。這些SCFAs 可以作為結(jié)腸（丁酸鹽）或外周組織（乙酸鹽和丙酸鹽）中的能量來源，以及促進(jìn)其它多種代謝和免疫調(diào)節(jié)作用，并推測這一過程會(huì)使宿主獲得更多的可用能量，從而導(dǎo)致體重增加或肥胖。巧合的是，從食用富含飽和脂肪飲食的人類和喂食HFD 的小鼠中獲取糞便發(fā)現(xiàn)，糞便中的SCFAs 水平的升高伴隨著糞便能量含量的降低，這表明攝入脂肪可以通過增加能量獲取而導(dǎo)致肥胖。醋酸鹽還可以通過對腸-腦軸的影響導(dǎo)致代謝綜合征。Perry 等[34]研究表明，喂食HFD 的大鼠血漿和糞便中的乙酸水平升高，這會(huì)使副交感神經(jīng)系統(tǒng)為響應(yīng)葡萄糖而激活從而產(chǎn)生過多的胰島素，并升高胃饑餓素的水平，最后導(dǎo)致一種惡性循環(huán)，結(jié)果表明脂肪會(huì)促進(jìn)過度飲食同時(shí)破壞葡萄糖的穩(wěn)態(tài)。與這一發(fā)現(xiàn)相反，F(xiàn)rost 等[21]的研究表明，小鼠下丘腦中的乙酸鹽活性抑制了食欲。因此，還需要做更多的研究來解決多個(gè)關(guān)于SCFAs 在代謝綜合征中的作用及其與纖維和脂肪相互作用的沖突。

總之，飽和脂肪通過改變腸道或系統(tǒng)的免疫環(huán)境，從而改變腸道菌群，促進(jìn)部分可遺傳的有害影響，最后導(dǎo)致特定環(huán)境下的代謝綜合征和結(jié)腸炎發(fā)生，并增加食物中的能量獲取并調(diào)節(jié)SCFAs水平。據(jù)目前的研究表明，應(yīng)考慮脂肪的類型[35]，以及多種額外因素，如疾病易感性[32]和與脂肪相互作用的特定共生體[36]的存在。

2.3 蛋白質(zhì)

與脂肪相似，食物中的蛋白質(zhì)含量也會(huì)影響腸道菌群的組成，在種類組成和豐度上有很大的個(gè)體差異。根據(jù)蛋白質(zhì)來源，可以分為植物蛋白和動(dòng)物蛋白。有研究表明，食用以糖化豌豆蛋白為基礎(chǔ)的植物蛋白飲食，人類共生乳桿菌和雙歧桿菌數(shù)量顯著增加，并提高了SCFA 的產(chǎn)量[37]。乳制品中含有豐富的蛋白質(zhì)，有研究表明，攝入牛奶或發(fā)酵乳制品可以增加乳桿菌屬和雙歧桿菌屬的相對豐度，調(diào)節(jié)腸道菌群失調(diào)[38]。相比之下，食用動(dòng)物蛋白（紅肉和加工肉類）通常與患心血管疾病的風(fēng)險(xiǎn)增加有關(guān)。紅肉富含L-肉堿，它被腸道菌群代謝成三甲胺（trimethylamine，TMA），TMA 隨后通過門脈循環(huán)轉(zhuǎn)運(yùn)到肝臟，并通過黃素單加氧酶轉(zhuǎn)化為氧化三甲胺（Trimethylamine-N-oxide，TMAO），而TMAO 與促進(jìn)動(dòng)脈粥樣硬化有關(guān)。有研究表明，長期喂食L-肉堿的小鼠腸道菌群組成發(fā)生改變，TMA 和TMAO 合成升高，動(dòng)脈粥樣硬化增加。此外，食用L-肉堿的雜食動(dòng)物比素食者的TMAO 水平更高。在小鼠和人類中，腸道菌群的特定成員與L-肉堿轉(zhuǎn)化為TMA 或TMAO 的能力有關(guān)，并且都與普雷沃菌屬（Prevotella）有共同聯(lián)系。除了動(dòng)脈粥樣硬化外，微生物產(chǎn)生的TMAO 也與血小板高反應(yīng)性和血栓形成風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)[39]。

由于加工肉類在炭化過程中產(chǎn)生致癌的雜環(huán)胺，因此加工肉類也與人類患結(jié)腸直腸癌的風(fēng)險(xiǎn)增加有關(guān)[40]。據(jù)報(bào)道，產(chǎn)生乳酸的細(xì)菌（如乳酸菌）可以直接與雜環(huán)胺結(jié)合，從而潛在的保護(hù)宿主免受DNA 損傷和腫瘤的誘導(dǎo)。紅肉也富含血紅素，血紅素與結(jié)腸細(xì)胞的細(xì)胞毒性和過度增生有關(guān)。在小鼠中，富含血紅蛋白的飲食會(huì)導(dǎo)致黏蛋白降解菌（如艾克曼菌（Akkermansia muciniphila））大量繁殖，導(dǎo)致黏液層降解從而使腸屏障功能受損[41]。食用紅肉還與結(jié)腸癌和胃癌有關(guān)，當(dāng)血紅素在腸內(nèi)分解時(shí)，會(huì)刺激內(nèi)源性致癌物質(zhì)N-亞硝基化合物的產(chǎn)生，這會(huì)損害腸壁，從而導(dǎo)致結(jié)腸癌[42]。比較GF 大鼠和食用硝酸鹽大鼠中的N-亞硝基化合物，結(jié)果表明腸道菌群可能通過硝酸還原酶對N-亞硝基化合物的產(chǎn)生起到抑制作用。因此，腸道菌群的特定成員可能會(huì)調(diào)節(jié)與紅肉和加工肉類相關(guān)的代謝物對宿主健康的影響。

2.4 食品添加劑

當(dāng)今世界，食品添加劑已經(jīng)在各種食品中廣泛使用，如防腐劑、甜味劑、乳化劑和強(qiáng)化劑等。長期以來，我國一直強(qiáng)化食品添加劑的生產(chǎn)許可以及使用范圍和最大使用量（或最大殘留量） 的監(jiān)管，所以通常認(rèn)為這些添加劑是安全的。隨著腸道菌群與飲食和疾病相互作用的研究逐漸受到廣泛關(guān)注，各種食品添加劑已被證明可誘導(dǎo)腸道微生物群發(fā)生變化。

許多食品中都添加了食品乳化劑（如工業(yè)生產(chǎn)的番茄醬），從而穩(wěn)定乳液。Chassaing 等[43]研究表明，兩種常見的乳化劑羧甲基纖維素和聚山梨酯-80，低劑量使用會(huì)使腸道中的“有益”菌群失調(diào)，從而導(dǎo)致小鼠發(fā)生低度炎癥、代謝綜合征和結(jié)腸炎等疾病[44]。此外，磷脂酰膽堿（一種卵磷脂）是一種與菌群相互作用從而影響人體健康的乳化劑，與L-肉堿和其它膽堿分子一樣，被腸道微生物群轉(zhuǎn)化為TMA，從而增加了TMAO 的水平和CVDs 的風(fēng)險(xiǎn)。還有一種常見的食品添加劑是零熱量人造甜味劑 （non-caloric artificial sweeteners，NAS），人們通常用NAS 代替高熱量糖類以達(dá)到減肥效果。然而NAS 并不只有有益作用，還與促進(jìn)體重增加和其它相關(guān)代謝紊亂方面有關(guān)。嚙齒動(dòng)物在攝入糖精[45-47]、三氯蔗糖[48]、阿斯巴甜[49-50]、甜蜜素、紐甜[51]和乙?；前匪徕沎52]等NAS 時(shí)，還會(huì)發(fā)生代謝穩(wěn)態(tài)的失調(diào)和破壞（圖2）。更重要的是，在短期和長期使用NAS 的研究中，都觀察到了人類對NAS 的個(gè)性化反應(yīng)。個(gè)體差異可能是由于腸道菌群的差異，需要進(jìn)一步的驗(yàn)證。

圖2 代謝綜合征中的微生物群與飲食的相互作用[62]Fig.2 The interaction between the microbiota and diet in metabolic syndrome[62]

2.5 礦物質(zhì)及植物源性生物活性營養(yǎng)素

礦物質(zhì)和維生素一樣，是人體必需的元素，礦物質(zhì)是無法自身產(chǎn)生、合成的，在人體組織的生理作用中發(fā)揮重要的功能。各種礦物質(zhì)在人體新陳代謝過程中，每天都有一定量隨各種途徑，如糞、尿、汗、頭發(fā)、指甲、皮膚及黏膜的脫落排出體外。因此，必須通過飲食補(bǔ)充礦物質(zhì)。在飲食中補(bǔ)充鐵是預(yù)防和治療貧血癥的一種常見方法，主要發(fā)生在嬰兒時(shí)期。但是，飲食中的高鐵可能會(huì)降低整體共生細(xì)菌的多樣性，導(dǎo)致腸桿菌科成員的豐度增加，其中許多具有致病性，并且可以通過編碼高親和力金屬轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白和鐵載體來獲得營養(yǎng)金屬[53-54]。此外，在飲食中添加錳會(huì)增加小鼠心臟的細(xì)菌定植和金黃色葡萄球菌感染的致死性，這可能是由于細(xì)菌利用錳來保護(hù)其免受活性氧和中性白細(xì)胞的殺傷[55]。因此，預(yù)測通過補(bǔ)充缺乏的礦物質(zhì)來獲得更好的健康預(yù)后并不容易。礦物質(zhì)的補(bǔ)充應(yīng)審慎地個(gè)體化，以避免附帶感染風(fēng)險(xiǎn)的改變。

20世紀(jì)90年代以來，人們對植物生物活性物質(zhì)的全新認(rèn)識(shí)代表了營養(yǎng)學(xué)的第二個(gè)“黃金時(shí)代”的到來，它作為功能性因子在功能性食品中的地位日趨重要。例如，補(bǔ)充從葡萄[56]或蔓越橘[57]中提取的多酚類物質(zhì)給HFD 喂養(yǎng)的小鼠，可以減少炎癥和體重增加，與艾克曼菌的數(shù)量增加有關(guān)。然而，由于腸道微生物區(qū)系的差異和化合物的反應(yīng)在個(gè)體間存在的差異，導(dǎo)致多酚類物質(zhì) （如類黃酮）對人類健康的影響難以剖析[58]。因此，確定與多酚類物質(zhì)相互作用的細(xì)菌及其機(jī)制至關(guān)重要。有研究表明，用HFD 喂養(yǎng)小鼠，類黃酮降解共生物的增加，腸道中的芹菜素和柚皮素的含量顯著減少。此外，將HFD 喂養(yǎng)的小鼠轉(zhuǎn)換為正常的多糖飲食可以使其代謝參數(shù)正?；?，但并不能使腸道菌群恢復(fù)到原來的組成，仍會(huì)持續(xù)降解類黃酮，使類黃酮水平降低。當(dāng)成功節(jié)食的小鼠被重新喂食HFD 時(shí)，低水平的類黃酮作為 “微生物群記憶”，通過影響棕色脂肪組織熱量產(chǎn)生進(jìn)一步加劇代謝作用。用膳食芹菜素和柚皮素補(bǔ)充節(jié)食小鼠，可以調(diào)節(jié)小鼠消耗能量的能力，防止體重恢復(fù)到原來水平。因此，菌群與含有低類黃酮或類黃酮補(bǔ)充劑飲食之間的相互作用可以預(yù)防HFD 對健康的有害影響。對于人類來說，體重上下浮動(dòng)比較常見，因此確定這種機(jī)制是否在哺乳動(dòng)物中也存在非常重要。

其它植物化合物例如羥基肉桂酸、咖啡酸、香豆素酸和阿鐵酸，可以通過腸道菌群改變?yōu)榕c健康有益的形式，并在植物中以酯結(jié)合物的形式存在，具有抗炎和抗氧化作用。雙歧桿菌、乳桿菌和大腸桿菌（Escherichia）能夠從其結(jié)合的植物形態(tài)中釋放這些化合物，從而影響這些生物活性化合物的個(gè)體化水平。與此同時(shí)，腸道菌群會(huì)降解其它有毒的植物源化合物（如草酸鹽），它在堅(jiān)果、漿果和茶葉中含量豐富，可能形成草酸鈣晶體，導(dǎo)致腎結(jié)石。在分解草酸鹽的細(xì)菌中，產(chǎn)甲酸草酸桿菌是一個(gè)關(guān)鍵的參與者，該菌的低豐度與尿草酸濃度升高和尿路結(jié)石風(fēng)險(xiǎn)增加有關(guān)。

3 結(jié)論

諸多研究表明，腸道菌群與飲食習(xí)慣和飲食干預(yù)緊密聯(lián)系，并在食物代謝中具有顯著作用，為飲食治療發(fā)現(xiàn)了一個(gè)潛在的新目標(biāo)。然而，大量相

互矛盾的研究結(jié)果嚴(yán)重阻礙了飲食-微生物-宿主研究向臨床應(yīng)用的轉(zhuǎn)化。這一新興領(lǐng)域有可能徹底改變?nèi)藗儗I養(yǎng)的認(rèn)識(shí)，從統(tǒng)一的食品內(nèi)在準(zhǔn)則轉(zhuǎn)變?yōu)獒槍€(gè)人和環(huán)境的靈活建議，從而預(yù)防或調(diào)節(jié)代謝紊亂，甚至改善炎癥和腫瘤。這種概念上的改變可能會(huì)使標(biāo)準(zhǔn)操作方式從傳統(tǒng)的通用方法轉(zhuǎn)變?yōu)槔媚軌蛱幚泶髷?shù)據(jù)的先進(jìn)生物信息學(xué)工具來整合眾多個(gè)體參數(shù)的方法，從而在考慮患者偏好的同時(shí)制定治療策略。飲食以個(gè)人特有的方式與人類的“整體”相互作用。從宿主及其常駐微生物群獲得多個(gè)參數(shù)可以幫助設(shè)計(jì)精確的飲食干預(yù)，包括飲食的數(shù)量、成分和時(shí)間。這些干預(yù)措施可用于預(yù)防或治療各種疾病，以及評估預(yù)后，預(yù)測飲食干預(yù)成功的可能性和監(jiān)測干預(yù)的臨床反應(yīng)。這種從“普遍”到“個(gè)性化”的營養(yǎng)模式轉(zhuǎn)變值得對宿主和微生物群參數(shù)進(jìn)行定期重新評估，因?yàn)樗鼈冊陲嬍掣深A(yù)本身或其它環(huán)境因素的影響下容易發(fā)生持續(xù)變化。由于針對特定疾病而設(shè)計(jì)的一些營養(yǎng)方案可能會(huì)引起其它健康問題，所以這種個(gè)性化的方法對飲食治療提出了新的挑戰(zhàn)。腸道菌群是可以改變的，飲食干預(yù)可以觸發(fā)腸道中細(xì)菌結(jié)構(gòu)和功能的改變，這可能需要定期重新評估個(gè)人參數(shù)和調(diào)整飲食方案。因此，未來的研究應(yīng)對飲食中的成分對腸道菌群的作用機(jī)制進(jìn)行更深入的挖掘，將微生物學(xué)、食品科學(xué)和營養(yǎng)學(xué)相結(jié)合，進(jìn)一步探究飲食中的成分如何調(diào)控腸道菌群來改善宿主健康，這將會(huì)是食品科學(xué)未來的研究方向。