節(jié)食引起相關(guān)微生物的變化及對(duì)人體的影響

趙金博,何穎妍

(1.北京師范大學(xué) 環(huán)境學(xué)院,北京 100875; 2.水環(huán)境模擬國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100875; 3.暨南大學(xué) 環(huán)境與氣候研究院,廣州 511436)

減肥人群常常采用一種短期內(nèi)就能實(shí)現(xiàn)預(yù)期效果的方式,即節(jié)食。但當(dāng)碳水化合物攝入量低于30 g/d時(shí),纖維降解細(xì)菌的能力將被削弱,乳球菌、鵝肝菌及鏈球菌的豐度增加可能會(huì)對(duì)腸道健康產(chǎn)生不良影響,導(dǎo)致人們出現(xiàn)頭暈、胃脹等癥狀。本研究對(duì)不同類型食物中的微生物進(jìn)行分析,探討腸道菌群對(duì)人體心理及生理的影響,揭示不同腸道菌種在人體中的作用機(jī)理,為人們調(diào)整飲食結(jié)構(gòu)提供參考。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

將溶液分為淀粉類：大米粥;脂肪類：黃油、食用油;高糖類：可樂(lè);蛋白質(zhì)類：牛奶、肉湯;維生素類：西柚汁、番茄汁;茶、酸奶及相關(guān)保健品。實(shí)驗(yàn)載體：貓砂。

1.2 方法

腸道微生物模擬培養(yǎng)。將貓砂分別裝入13個(gè)離心管(10 mL)蓋緊保存。將上述溶液及對(duì)比組清水分別裝入50 mL錐形瓶中,用膠頭滴管移入量筒中進(jìn)行稱量,選取5 mL分別滴入試管中。將試管用兩層報(bào)紙包好放入高溫滅菌鍋中滅菌,用75%酒精對(duì)膠頭滴管及離心管進(jìn)行消毒。滅菌完成后取出儀器,將各試管中5 mL溶液分別倒入離心管中,標(biāo)號(hào),輕微振蕩,使溶液分布均勻。將離心管放入恒溫培養(yǎng)箱,調(diào)節(jié)溫度為37.5 ℃,培養(yǎng)35 d后取出進(jìn)行16 s測(cè)序檢驗(yàn)。

問(wèn)卷制作。歸納節(jié)食引起的人體健康問(wèn)題,發(fā)放到問(wèn)卷星進(jìn)行線上調(diào)研,問(wèn)卷內(nèi)容包括節(jié)食過(guò)程中的飲食習(xí)慣及導(dǎo)致的心理與生理問(wèn)題。

2 結(jié)果

2.1 微生物種類

與數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行比對(duì),對(duì)OTU進(jìn)行物種分類。研究對(duì)象為腸道微生物,故將分類為屬的微生物進(jìn)行對(duì)比,具體數(shù)據(jù)如圖1所示。共分為14個(gè)菌屬與未分類的及物種豐度在所有樣品中均低于0.5%的物種(合并為others),其中最為常見(jiàn)及占比較大的是梭菌(Clostridium)及乳桿菌(Lactobacillus)。

圖1 不同樣品的物種分析

梭菌是腸道內(nèi)一大類正常的革蘭氏陽(yáng)性菌,能產(chǎn)生芽孢,為兼性厭氧細(xì)菌。由于梭菌與人類疾病密切相關(guān),目前多用于研究治療及預(yù)防疾病,如針對(duì)腹瀉對(duì)酪酸梭菌(Clostridiumcocleatum)、普拉梭菌(ClostridiumNexile)等,有益梭菌可抑制病原菌,促進(jìn)有益菌生長(zhǎng),從而保護(hù)腸道黏膜,抑制腸道炎癥的發(fā)生[1]。梭菌亦有有害菌類,如艱難梭菌(Clostridiumdifficile)、產(chǎn)生莢膜梭菌(Clostridiumperfringens)等,均會(huì)引起抗生素性腹瀉、食物中毒及偽膜性結(jié)腸炎等[2]。乳桿菌為革蘭氏陽(yáng)性菌,不產(chǎn)生芽孢,為厭氧或兼性厭氧細(xì)菌,在自然界分布較廣,特別是在碳水化合物較高的發(fā)酵產(chǎn)品中,如乳制品、肉制品中含量豐富,具有調(diào)節(jié)腸胃、保護(hù)胃部黏膜、促進(jìn)消化、抗腫瘤及氧化等作用。

2.2 相關(guān)分類與作用

根據(jù)分析可知,素食者與喜肉者腸道微生物的菌落結(jié)構(gòu)發(fā)生改變,其中素食者腸道菌群以有益梭菌為主,喜肉者腸道菌群以普拉氏梭桿菌為主[3],故將實(shí)驗(yàn)樣本分為高糖與高脂類、淀粉蛋白質(zhì)類、蔬果維生素類,以探討所含菌種及其特征。

2.2.1 高糖與高脂類

將實(shí)驗(yàn)樣本中的黃油(But)、食用油(Oil)、可樂(lè)(Col)作為高糖與高脂類的代表,檢測(cè)菌種類型如圖2、圖3、圖4。

圖2 黃油菌種類型及占比

圖3 食用油菌種類型及占比

圖4 可樂(lè)菌種類型及占比

結(jié)果顯示,在三種高糖與高脂類的食物中,桿菌與變形菌為主要微生物,特別是在可樂(lè)與黃油中,桿菌占比高達(dá)80%。從微生物菌屬分類角度來(lái)看,可樂(lè)中乳桿菌目?jī)?nèi)的片球菌屬占據(jù)相對(duì)較高的比例,表明高糖食物可能導(dǎo)致厚壁菌門的增加。對(duì)食用油與黃油進(jìn)行分析可知,隨著高脂食物的增加,變形菌門的數(shù)量也相應(yīng)增加,故推測(cè)變形菌的數(shù)量可能是影響肥胖程度的一個(gè)指標(biāo)。研究表明,變形菌門可作為腸道菌群失調(diào)的標(biāo)志,其在腸道微生物組成紊亂期間的增加現(xiàn)象較為常見(jiàn),故推斷肥胖引發(fā)的炎癥可能是由飲食中變形菌群增加引發(fā)腸道菌群失衡誘發(fā)的炎癥反應(yīng)[4]。

2.2.2 淀粉蛋白質(zhì)類

米粥(Ric)與肉湯(Mea)、牛奶(Mil)分別作為淀粉與蛋白質(zhì)的代表,通過(guò)微生物組成的OTU進(jìn)行物種分類,得到以下結(jié)果,如圖5、圖6、圖7所示。在淀粉與蛋白質(zhì)含量較高的食物中存在豐富的梭菌。研究表明,高蛋白食物會(huì)增加腸道中大腸桿菌與梭菌的數(shù)量[3]。圖6的肉湯菌種成分中,乳桿菌占比僅次于梭菌。乳桿菌是益生菌的一種,在人體內(nèi)能夠協(xié)助分解食物中的蛋白質(zhì)、脂肪、糖類,維持腸道菌群平衡,增強(qiáng)腸道免疫系統(tǒng)功能,激活吞噬細(xì)胞的吞噬作用,而有益梭菌也對(duì)腸道保護(hù)起到重要作用。

圖5 米粥菌種類型及其占比

圖6 肉湯菌種及其占比

圖7 牛奶菌種及其占比

圖8 番茄菌種及其百分比

圖9 西柚菌種及其百分比

圖10 酸奶菌種及其百分比

2.2.3 蔬果維生素類

西柚汁(Pom)、番茄湯(Tom)、酸奶(Yog)作為蔬果與維生素的代表,測(cè)得的菌群如下：

通過(guò)對(duì)西柚汁與番茄湯的菌種類型進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn),γ-變形菌綱比例較高,與其他文獻(xiàn)對(duì)比發(fā)現(xiàn),蔬菜水果及酸奶的攝入會(huì)導(dǎo)致雙歧桿菌屬豐度的增加[5]。雙歧桿菌作為腸道內(nèi)的有益菌種,與乳酸菌一樣,能有效抑制人體內(nèi)有害細(xì)菌的生長(zhǎng),維護(hù)菌種腸道菌群平衡。

3 結(jié)果分析

研究表明,腸道菌群的代謝產(chǎn)物L(fēng)PS、肽聚糖等對(duì)腸黏膜、腸道上皮細(xì)胞、腸平滑肌細(xì)胞有直接或間接的影響,通過(guò)腦腸肽、胺類傳入神經(jīng)元,從而通過(guò)中樞神經(jīng)系統(tǒng)影響大腦功能[6]。腸道微生態(tài)在腸道消化中起調(diào)節(jié)作用,有人提出了“微生物-腸-腦軸”的概念,即建立消化道中微生物群狀態(tài)與神經(jīng)中樞的關(guān)系,指出腸道微生態(tài)影響人體生理及心理機(jī)能。問(wèn)卷調(diào)查結(jié)果顯示,110名受訪者無(wú)論是禁止主食攝入還是減少攝入蛋白質(zhì)、脂肪等食物,超過(guò)60%的人報(bào)告出現(xiàn)情緒問(wèn)題及身體不適,故推測(cè)節(jié)食導(dǎo)致淀粉、蛋白質(zhì)、脂肪等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)減少,導(dǎo)致腸道梭菌、桿菌等菌群減少,進(jìn)而對(duì)人體產(chǎn)生影響。在禁止攝入糖分及高脂類食物的人群中,情緒受到影響的表現(xiàn)包括易怒、悲觀低落及注意力不集中等,身體上的明顯反應(yīng)包括頭暈、疲倦及胃痛等癥狀。

目前對(duì)于微生物組群與神經(jīng)系統(tǒng)關(guān)系的研究數(shù)據(jù)較少,但已證實(shí)了腸易激綜合征的發(fā)作原因。腸易激綜合征(IBS)被認(rèn)為是腸道菌群失調(diào),導(dǎo)致腸道屏障受損及免疫機(jī)制紊亂且最終導(dǎo)致腦-腸軸異常[7]。正常飲食中含有大量碳水化合物,細(xì)菌可利用這些物質(zhì)進(jìn)行發(fā)酵,產(chǎn)生甲烷、二氧化碳、氫氣等氣體,當(dāng)腸道菌群紊亂時(shí),產(chǎn)生過(guò)多的氣體會(huì)滯留在腸道內(nèi),引起腹部不適。研究表明,炎癥性腸病、潰瘍性結(jié)腸炎、IBS等疾病及相關(guān)并發(fā)癥,如焦慮、抑郁、自閉癥與色氨酸代謝紊亂有關(guān),而色氨酸由腸道菌群直接產(chǎn)生,由此推測(cè)節(jié)食期間飲食結(jié)構(gòu)的紊亂易導(dǎo)致相關(guān)腸道微生物缺失,如雙歧桿菌、乳酸桿菌等有益菌種的豐度下降,引發(fā)腸道黏膜低濃度炎癥。研究表明,約有51%的IBS患者存在焦慮或抑郁等心理疾病[8]。

4 結(jié)束語(yǔ)

飲食結(jié)構(gòu)對(duì)腸道微生物變化與人體健康密切相關(guān),腸道作為一個(gè)復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng),其中的菌群在人體生理學(xué)中發(fā)揮著極其重要的作用,腸道微生物失衡可能導(dǎo)致不同疾病的發(fā)生。人們?cè)跍p肥時(shí)應(yīng)采用科學(xué)的方法,適當(dāng)對(duì)高油、高脂、高糖類食物進(jìn)行節(jié)食,而非采用生酮減肥等拒絕所有碳水?dāng)z入的極端減肥方式。在飲食結(jié)構(gòu)上,應(yīng)注重蛋白質(zhì)、脂肪占比的平衡,適當(dāng)增加攝入酸奶、蔬果等食物,以提高雙歧桿菌、乳酸桿菌等有益腸道菌群的豐度,維護(hù)腸道平衡狀態(tài)。