《基于腸道菌群思考飲食》

有沒(méi)有發(fā)現(xiàn)這樣一種現(xiàn)象？我們的日常飲食正在向西式飲食過(guò)渡，與此同時(shí)，各類慢性病正日漸侵蝕。

近期在《CELL》子刊上接連發(fā)表了好幾篇關(guān)于腸道菌群和健康飲食以及疾病的發(fā)生等循證科研研究和綜述，谷禾長(zhǎng)期的腸道菌群檢測(cè)實(shí)踐中也發(fā)現(xiàn)各種干預(yù)措施和用藥治療均需要考慮飲食營(yíng)養(yǎng)的部分，結(jié)合腸道菌群的干預(yù)將起到更有效更長(zhǎng)期的效果，例如炎癥性腸病患者干預(yù)治療期間，需要結(jié)合營(yíng)養(yǎng)調(diào)整或補(bǔ)充來(lái)重塑腸道菌群和免疫平衡。

一系列嚴(yán)格的前瞻性隊(duì)列研究和隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)為健康飲食的特征提供了有力的驗(yàn)證：

蔬菜和水果、全谷物帶來(lái)益處，加工食品帶來(lái)有害影響。

然而，仍然存在許多爭(zhēng)議，大家可能對(duì)“健康飲食”這個(gè)概念停留在模糊層面，依然存在許多困惑例如：

什么是促進(jìn)健康的的食物和飲食模式？

慢性病和飲食有著什么樣的關(guān)聯(lián)？

腸道菌群在其中發(fā)揮什么樣的作用？

腸道菌群在推進(jìn)營(yíng)養(yǎng)策略中該如何應(yīng)用？

不同人群對(duì)飲食干預(yù)反應(yīng)不同，如何利用腸道菌群進(jìn)行個(gè)性化營(yíng)養(yǎng)策略？

這些科學(xué)證據(jù)如何轉(zhuǎn)化為可以真正指導(dǎo)大眾生活的飲食指南？

...

本文我們?cè)囍鴱?strong>微生物組科學(xué)的角度，討論基于食物的飲食指南和健康飲食的各個(gè)方面，盡可能將我們已了解的科學(xué)知識(shí)融入其中，當(dāng)然討論僅限于針對(duì)普通人群的健康促進(jìn)和疾病預(yù)防建議，這也是基于腸道菌群和食物營(yíng)養(yǎng)的飲食推薦的目的。

01“不約而同”的各國(guó)飲食指南

以食物為基礎(chǔ)的飲食指南提供了關(guān)于食物、食物組分和飲食模式的建議，以實(shí)現(xiàn)營(yíng)養(yǎng)素的參考攝入量，預(yù)防慢性病，并維持普通人群的整體健康。

下表顯示了過(guò)去10年中更新的國(guó)外基于食品的飲食指南的關(guān)鍵信息的非詳盡概述，這些指南分為最常見(jiàn)和補(bǔ)充食品組：蔬菜和水果、谷物制品、乳制品、肉類和肉類替代品和加工食品。

非詳盡的國(guó)家以食物為基礎(chǔ)的膳食指南清單和一般成年人的食物組推薦攝入量

doi.org/10.1016/j.chom.2022.04.016

2022年4月26日，《中國(guó)居民膳食指南（2022）》發(fā)布，提出了平衡膳食八準(zhǔn)則：

一、食物多樣，合理搭配；

二、吃動(dòng)平衡，健康體重；

三、多吃蔬果、奶類、全谷、大豆；

四、適量吃魚、禽、蛋、瘦肉；

五、少鹽少油，控糖限酒；

六、規(guī)律進(jìn)餐，足量飲水；

七、會(huì)烹會(huì)選，會(huì)看標(biāo)簽；

八、公筷分餐，杜絕浪費(fèi)。

不同的飲食文化國(guó)家的指導(dǎo)原則，有很強(qiáng)的一致性，所有指南都在告訴我們：

建議限制或避免添加高糖、高鹽和高飽和脂肪的食品，一些國(guó)家特別提到避免加工、超加工和/或包裝食品。

一半以上的飲食應(yīng)包括蔬菜、水果和谷物產(chǎn)品，全谷物優(yōu)先于精制谷物。這些飲食需要補(bǔ)充少量的動(dòng)物性蛋白質(zhì)（魚類、瘦肉、家禽、雞蛋和乳制品）和/或植物性蛋白質(zhì)（豆類、堅(jiān)果）。

02推薦的食物與腸道菌群之間的相互作用

下面，我們?cè)谖⑸锝M的背景下討論飲食指南，重點(diǎn)是人類研究，盡管存在局限性（例如，大劑量給藥和向人類轉(zhuǎn)化），但動(dòng)物模型在建立分子機(jī)制和因果關(guān)系方面存在優(yōu)勢(shì)。

全植物食品

在所有飲食指南中：

 建議食用蔬菜、水果、全谷類、豆類和堅(jiān)果等全植物食品

應(yīng)限制攝入添加糖、鹽或飽和脂肪的加工食品

膳食纖維

全植物食品是膳食纖維的唯一相關(guān)天然來(lái)源，膳食纖維是一種難以消化的碳水化合物聚合物，在化學(xué)成分、物理化學(xué)性質(zhì)和生理效應(yīng)方面有很大的不同。

與腸道微生物群特別相關(guān)的是可發(fā)酵纖維，也稱為微生物群可獲得碳水化合物（MAC），如果它們顯示出與對(duì)微生物群的選擇性影響相關(guān)的既定健康益處，則為益生元。

纖維為抑制粘液聚糖代謝的微生物提供生長(zhǎng)基質(zhì)，防止腸道粘液耗盡、細(xì)菌侵入粘液層、下游炎癥和感染。

纖維發(fā)酵的主要最終產(chǎn)物是短鏈脂肪酸 (SCFA)，即乙酸鹽、丙酸鹽和丁酸鹽，它們會(huì)引起多種生理效應(yīng)。

這些影響包括：

對(duì)微生物群的生態(tài)影響（例如，抗菌特性、減少氧氣向腸腔的擴(kuò)散）；

對(duì)腸道屏障功能的影響（例如，緊密連接蛋白的誘導(dǎo)、粘液的產(chǎn)生）；

對(duì)宿主的直接代謝和免疫影響（例如，增加控制飽腹感的激素的產(chǎn)生，增加脂肪組織的脂解，提高胰島素敏感性）

高纖維飲食可降低心臟病發(fā)作、中風(fēng)和心血管疾病的風(fēng)險(xiǎn)。

近期，一項(xiàng)縱向、隨機(jī)、交叉設(shè)計(jì)主要研究?jī)煞N流行的純化纖維，阿拉伯木聚糖 (AX) 和長(zhǎng)鏈菊粉 (LCI)，結(jié)果發(fā)表在《CELL Host & Microbe》.

阿拉伯木聚糖常見(jiàn)于全谷物，如黑麥、小麥、燕麥、大米、大麥、玉米等；

長(zhǎng)鏈菊粉通常存在于洋蔥、菊苣根、大蒜和朝鮮薊中。

該研究顯示了單個(gè)純化纖維對(duì)微生物組的影響，深入了解了纖維補(bǔ)充劑的影響以及纖維誘導(dǎo)的膽固醇降低背后的機(jī)制。

doi.org/10.1016/j.chom.2022.03.036

結(jié)果表明 ↓↓↓

阿拉伯木聚糖：

在攝入阿拉伯木聚糖期間，參與者的血脂狀況得以改善，體內(nèi)低密度脂蛋白（“壞”膽固醇）、總膽固醇和其他脂質(zhì)水平有所降低。

進(jìn)一步研究表明，阿拉伯木聚糖降低膽固醇與膽汁酸分泌增加或膽汁中其他變化有關(guān)。

長(zhǎng)鏈菊粉：

低劑量的攝入與炎癥標(biāo)志物輕微減少和雙歧桿菌豐度增加有關(guān)；

然而，攝入過(guò)多帶來(lái)有害影響。在30克/天的高劑量攝入下，參與者的炎癥水平和肝臟中的丙氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶（ALT）水平會(huì)顯著升高（ALT是肝損傷的潛在標(biāo)志物）。

總的來(lái)說(shuō)，每一種纖維都可引起個(gè)體化和纖維特異性的生化和微生物群反應(yīng)，因此，膳食纖維對(duì)健康的益處因人而異，可能還取決于具體攝入的纖維類型和攝入劑量。

植物化學(xué)物質(zhì)

全植物食品的另一個(gè)關(guān)鍵成分是植物化學(xué)物質(zhì)，它們是非營(yíng)養(yǎng)和生物活性化合物，通常與膳食纖維結(jié)合，賦予植物顏色、風(fēng)味、氣味和澀味。

大多數(shù) (90%–95%) 的植物化學(xué)物質(zhì)不會(huì)被小腸吸收，因此會(huì)與腸道微生物群進(jìn)行雙向相互作用。

腸道微生物負(fù)責(zé)通過(guò)去甲基化、開(kāi)環(huán)和脫羥基等過(guò)程對(duì)植物化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行生物轉(zhuǎn)化，從而增加它們的生物利用度、吸收以及抗氧化和免疫調(diào)節(jié)作用。

全植物食品對(duì)腸道微生物群的影響及對(duì)宿主生理、免疫、代謝和疾病風(fēng)險(xiǎn)的影響

doi.org/10.1016/j.chom.2022.04.016

加工食品

盡管全植物食品具有有益的效果，但工業(yè)化國(guó)家的全植物食品消費(fèi)量始終低于建議的水平，而包裝食品經(jīng)過(guò)不同程度的加工。

根據(jù)NOVA食品分類工具，食品加工程度是飲食質(zhì)量的主要驅(qū)動(dòng)因素，加工程度最高的食品被歸類為“超加工食品”。其有害影響（增加能量攝入和體重增加）已在嚴(yán)格控制喂養(yǎng)研究中得到實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。然而，超加工食品的定義或此類食品的示例幾乎沒(méi)有一致性，關(guān)于避免所有超加工食品而不考慮其個(gè)別營(yíng)養(yǎng)屬性的全面建議存在爭(zhēng)議。

加工食品如何帶來(lái)不利影響？

加工食品的功能特性與全植物食品有著根本的不同。加工食品通常具有較高的能量密度，并且缺乏植物細(xì)胞中存在的三維結(jié)構(gòu)。因此，營(yíng)養(yǎng)素主要是無(wú)細(xì)胞的（即不包含在細(xì)胞內(nèi)），更容易被宿主消化，這增加了營(yíng)養(yǎng)素吸收動(dòng)力學(xué)。

這些容易發(fā)酵的營(yíng)養(yǎng)素可能會(huì)促使小腸中的細(xì)菌過(guò)度生長(zhǎng)，以及不利的微生物組成和代謝狀況，從而對(duì)免疫和內(nèi)分泌功能產(chǎn)生負(fù)面影響，而結(jié)腸微生物群無(wú)法獲得這些營(yíng)養(yǎng)素。

例如，高果糖玉米糖漿已被證明會(huì)導(dǎo)致小鼠脂肪肝和葡萄糖不耐受，其方式與腸道微生物群組成和功能變化有關(guān)。

加工食品：食品添加劑影響菌群

加工食品中的食品添加劑，可以進(jìn)一步提高口感和保質(zhì)期，但是會(huì)影響腸道微生物群。

合成乳化劑羧甲基纖維素（CMC）和聚山梨酯-80損害腸道屏障功能，導(dǎo)致微生物群侵占上皮，促進(jìn)野生型小鼠的代謝異常和輕度炎癥，以及遺傳易感小鼠的結(jié)腸炎，其方式與腸道微生物群有因果關(guān)系。

在另一種乳化劑甘油單月桂酸鹽的小鼠中也觀察到類似的結(jié)果。人類短期食用CMC也會(huì)顯著改變微生物群組成，降低糞便短鏈脂肪酸水平，并誘導(dǎo)細(xì)菌侵入粘液層。

加工食品中的高鹽含量也可能改變微生物群。鹽的攝入降低了乳酸菌的豐度，這與小鼠小腸固有層淋巴細(xì)胞和人類外周血淋巴細(xì)胞中輔助性T細(xì)胞17的數(shù)量增加以及血壓升高有關(guān)。

另一項(xiàng)針對(duì)小鼠的研究報(bào)告了類似的結(jié)果，其中高鹽飲食降低了乳酸菌的豐度，增加了促炎基因的表達(dá)，并加劇了兩種不同疾病模型中的結(jié)腸炎。

因此，現(xiàn)有證據(jù)表明，加工食品和全植物食品對(duì)人類健康的對(duì)比效應(yīng)部分是由腸道微生物組介導(dǎo)的。

加工食品對(duì)腸道微生物群的影響及對(duì)宿主生理、免疫、代謝和疾病風(fēng)險(xiǎn)的影響

doi.org/10.1016/j.chom.2022.04.016

更多關(guān)于食品添加劑與菌群詳見(jiàn)之前的文章：

你的焦慮可能與食品添加劑有關(guān)，警惕食品添加劑引起的微生物群變化

蔬菜水果

根據(jù)飲食指南，健康飲食的最大組成部分應(yīng)該是蔬菜和水果。目前關(guān)于蔬菜水果預(yù)防多種慢性病的能力的科學(xué)證據(jù)十分有力。

蔬菜水果富含膳食纖維

水果和蔬菜每份可提供高達(dá) 8g 的膳食纖維，并含有多種纖維，包括果膠、菊糖、纖維素、木聚糖、棉子糖和水蘇糖。這些纖維引發(fā)微生物組獨(dú)立（例如延遲的大量營(yíng)養(yǎng)素吸收）和微生物組依賴（例如短鏈脂肪酸介導(dǎo)的胰島素抵抗衰減）生理效應(yīng)。

人類對(duì)照喂養(yǎng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，富含菊糖的蔬菜可提高雙歧桿菌水平，促進(jìn)飽腹感，并減輕體重。

在喂食高脂肪飲食的小鼠中，抗生素治療降低了菊糖的代謝益處，比如降低這些益處：在小腸中誘導(dǎo)腸促胰島素激素胰高血糖素樣肽1和對(duì)代謝綜合征的保護(hù)，這表明微生物群的因果作用。

蔬菜和水果也是植物化學(xué)物質(zhì)的重要來(lái)源

包括多酚、硫代葡萄糖苷、萜類、植物甾醇和生物堿。

蔓越莓提取物是一種多酚類物質(zhì)的豐富來(lái)源，在高脂高糖飲食的小鼠中誘導(dǎo)代謝改善（例如，減少內(nèi)臟肥胖和改善胰島素敏感性），這與 Akkermansia muciniphila的增加有關(guān)。

注：Akkermansia muciniphila菌在動(dòng)物和人類中都顯示出有益生理效應(yīng)。關(guān)于該菌詳見(jiàn)之前文章：

腸道重要菌屬——Akkermansia Muciniphila，它如何保護(hù)腸道健康

Nature | AKK菌——下一代有益菌

從臨床研究和臨床前研究中，也有新的證據(jù)表明微生物組在西蘭花的生理效應(yīng)中發(fā)揮作用。后者為西蘭花衍生的硫代葡萄糖苷生物活性轉(zhuǎn)化為化學(xué)預(yù)防性異硫氰酸酯奠定了擬桿菌的遺傳和生化基礎(chǔ)。

總的來(lái)說(shuō)，現(xiàn)有證據(jù)支持腸道微生物群在調(diào)解蔬菜和水果對(duì)健康的影響方面的作用。

食物對(duì)宿主-微生物相互作用的影響以及它們?nèi)绾闻c膳食指南中的建議保持一致

doi.org/10.1016/j.chom.2022.04.016

擴(kuò)展閱讀：常見(jiàn)水果對(duì)腸道菌群、腸道蠕動(dòng)和便秘的影響

全谷物

大多數(shù)飲食指南建議食用全谷物而非精制谷物。全谷物的麩皮層被去除以生產(chǎn)精制谷物，含有植物化學(xué)物質(zhì)（如阿魏酸、類黃酮）和膳食纖維。

全谷物含有獨(dú)特纖維，抗炎作用與菌群相關(guān)

全谷物含有獨(dú)特的半纖維素纖維，如木聚糖和β-（1→ 3,1 → 4）—除纖維素、抗性淀粉和低聚糖外，還有葡聚糖。全谷物能夠降低慢性病風(fēng)險(xiǎn)的證據(jù)基礎(chǔ)是令人信服的。人類干預(yù)試驗(yàn)表明，全谷物的抗炎作用與腸道微生物群的變化是并行的。

在健康成年人中，顯示了對(duì)健康有益微生物的富集，如雙歧桿菌和產(chǎn)丁酸菌（直腸真桿菌Eubacterium rectale、Roseburia faecis, Roseburia intestinalis），產(chǎn)短鏈脂肪酸菌Lachnospira增多，糞便乙酸鹽和總短鏈脂肪酸增加，腸桿菌科減少。

雖然微生物組的變化為抗炎作用提供了潛在的解釋，但這些研究之間并不一致；進(jìn)一步的研究報(bào)告沒(méi)有任何影響，也沒(méi)有確定因果關(guān)系。

全谷物的部分代謝益處是由腸道菌群介導(dǎo)的

將人類研究與小鼠實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的研究表明，微生物組對(duì)全谷物的健康影響具有因果關(guān)系。

食用大麥仁面包的人被分為“響應(yīng)者”和“無(wú)響應(yīng)者”，“響應(yīng)者”的葡萄糖代謝因干預(yù)而得到改善。

響應(yīng)者普氏菌/擬桿菌屬比率和Prevotella copri豐度升高，以及編碼復(fù)雜多糖降解的微生物基因在應(yīng)答者中升高。

關(guān)于Prevotella copri菌詳見(jiàn)：腸道重要基石菌屬——普雷沃氏菌屬 Prevotella

無(wú)菌小鼠灌胃普氏桿菌或含有P.copri的“應(yīng)答者”人源性微生物群后，喂食標(biāo)準(zhǔn)食物后，葡萄糖耐量有所改善，這在機(jī)制上與肝糖原儲(chǔ)存增加有關(guān)。

進(jìn)一步的研究證實(shí)，在基線時(shí)含有高水平的普雷沃氏菌，會(huì)導(dǎo)致體重過(guò)重，且食用富含全谷物的飲食的個(gè)體的體重減輕。

植物蛋白食物

一些飲食指南（加拿大的食品指南、巴西人口的飲食指南和英國(guó)的Eatwell指南）建議經(jīng)常食用植物蛋白食品（如豆類、堅(jiān)果），因?yàn)樗鼈儗?duì)人類健康有益。

豆類

豆類富含纖維，特別是纖維素、果膠、甘露聚糖、水蘇糖、棉子糖和抗性淀粉。

豆科植物還含有黃酮醇等植物化學(xué)物質(zhì)，黃酮醇是一種已知的抗炎類黃酮亞類，還含有酚酸，與谷物中的酚酸相比，豆類中酚酸的生物利用率更高。

新出現(xiàn)的證據(jù)表明，腸道微生物群在豆科植物的健康影響中發(fā)揮著作用。

例如，綠豆補(bǔ)充劑減少了喂食高脂肪飲食的小鼠的體重增加和脂肪積累，但沒(méi)有減少喂食相同飲食的無(wú)菌小鼠的體重增加和脂肪積累。

堅(jiān)果

堅(jiān)果是不飽和脂肪酸、纖維和植物化學(xué)物質(zhì)的來(lái)源，所有這些都可能影響宿主與微生物的相互作用。

在一項(xiàng)控制喂養(yǎng)研究中，每天補(bǔ)充核桃可增加糞桿菌屬（Faecalibacterium）、羅氏菌屬（Roseburia）、梭菌（Clostridium）和戴阿利斯特菌（Dialister）。

在一項(xiàng)杏仁對(duì)照喂養(yǎng)研究中觀察到了類似的成分變化，顯示羅氏菌屬（Roseburia）、梭菌（Clostridium）、戴阿利斯特菌（Dialister）和毛螺菌屬（Lachnospira）的相對(duì)豐度增加。

堅(jiān)果對(duì)羅氏菌屬豐度的影響也已在meta分析中得到證實(shí)。

主要產(chǎn)丁酸菌如Roseburia intestinalis能夠?qū)?jiān)果中難以消化的聚糖β-甘露聚糖代謝為丁酸鹽。

堅(jiān)果中的omega-3脂肪酸也可能增強(qiáng)羅氏菌屬，因?yàn)樵谌祟愔校a(bǔ)充核桃的飲食和不含核桃的具有相同脂肪酸組成的飲食都增加了羅氏菌屬的相對(duì)豐度。

除了堅(jiān)果中的纖維和不飽和脂肪酸外，腸道微生物還將植物化學(xué)物質(zhì)鞣花單寧和鞣花酸代謝為尿石素，尿石素是一種生物活性抗炎化合物。

總之，增加堅(jiān)果攝入量似乎在一定程度上通過(guò)影響微生物群的功能成分對(duì)宿主健康有益。

抗炎看到目前研究將植物性蛋白質(zhì)食品的益處與微生物組聯(lián)系起來(lái)，但該領(lǐng)域的研究仍處于初步階段。

植物性蛋白質(zhì)比動(dòng)物性蛋白質(zhì)更不易消化并因此為結(jié)腸微生物提供潛在的底物，這可能導(dǎo)致產(chǎn)生有益的生物活性代謝物，例如色氨酸代謝。然而，蛋白水解微生物發(fā)酵也可能有害（見(jiàn)下文討論——紅肉和加工肉）。目前尚不清楚植物蛋白微生物發(fā)酵產(chǎn)生的代謝結(jié)果是否不同于動(dòng)物蛋白，需要進(jìn)一步研究。

魚類

飲食指南一直鼓勵(lì)把魚類作為優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)來(lái)源和良好的脂肪酸組成。

多脂魚類

多脂魚類是長(zhǎng)鏈ω-3脂肪酸二十碳五烯酸（EPA）和二十二碳六烯酸（DHA）的主要天然膳食來(lái)源之一。

觀察研究和干預(yù)研究的有力證據(jù)表明，多脂魚攝入量的增加具有心臟保護(hù)作用，腸道微生物群可能是這些健康影響的潛在中介。

魚油

小鼠實(shí)驗(yàn)表明，與豬油（富含飽和脂肪）相比，魚油降低了 Toll 樣受體激活和白色脂肪組織炎癥，這與改善胰島素敏感性有關(guān)。

除了這兩種脂肪對(duì)微生物群組成的不同影響（豬油增加Bilophila菌）之外，與傳統(tǒng)豬油喂養(yǎng)的小鼠相比，喂食魚油的無(wú)菌小鼠和喂食抗生素的小鼠的盲腸微生物群定植后，體重減輕，白色脂肪組織炎癥減輕。

這項(xiàng)研究為腸道微生物群在飽和脂肪的炎癥作用中的因果作用提供了證據(jù)。

尚未在人類身上做出因果推論，但在多脂魚和其他飲食來(lái)源中發(fā)現(xiàn)的 omega-3 脂肪酸已被提議作為候選益生元，因?yàn)樗鼈儽惶囟ǖ哪c道微生物利用。

在一項(xiàng)隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)中，魚源性 omega-3 補(bǔ)充劑增加了Coprococcus的豐度，與富含甘油三酯的脂蛋白水平呈負(fù)相關(guān)。

因此，腸道微生物組可能是多不飽和脂肪酸心臟保護(hù)作用的介質(zhì)。

以上各種飲食推薦都接近一種飲食模式，那就是地中海飲食，作為現(xiàn)在十分流行的飲食模式之一，

地中海飲食有什么獨(dú)特之處？

對(duì)菌群有哪些影響？

接下來(lái)詳細(xì)了解一下地中海飲食。

03關(guān)注飲食模式：地中海飲食

我們逐漸開(kāi)始有這樣一個(gè)認(rèn)識(shí)，健康不止是受個(gè)別食物的影響，而是受其相互聯(lián)系和協(xié)同效應(yīng)的影響。因此，最近更新的幾項(xiàng)飲食指南，如《中國(guó)飲食指南2022》、《2020-2025年美國(guó)人飲食指南》、《加拿大食品指南》等對(duì)飲食模式的關(guān)注發(fā)生了轉(zhuǎn)變。

食物之間的相互作用也與它們對(duì)腸道微生物群的影響有關(guān)，人們對(duì)飲食模式，尤其是那些具有既定健康益處的飲食模式（如地中海飲食）如何通過(guò)微生物群組成和功能變化影響宿主健康感興趣。

地中海飲食結(jié)合了許多對(duì)宿主微生物相互作用具有有利影響的食物組

地中海飲食推薦蔬菜、水果、全谷類、豆類、堅(jiān)果和橄欖油作為主食，適度攝入魚類、家禽、雞蛋和乳制品，并限制攝入紅色和加工肉類及加工食品。

在對(duì)體重超標(biāo)的個(gè)體進(jìn)行的一項(xiàng)隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)中，與對(duì)照飲食相比，堅(jiān)持地中海飲食可降低血漿膽固醇濃度，并增加了產(chǎn)丁酸菌普拉梭菌(F. prausnitzii)和羅氏菌屬(Roseburia) 的豐度。F.prausnitzii和Roseburia也是通過(guò)隨機(jī)森林模型確定的分類群，這些模型可以最好地預(yù)測(cè)飲食依從性得分。

地中海飲食改善老年人認(rèn)知

在一項(xiàng)大型多中心隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)中，該試驗(yàn)涉及了連續(xù)12個(gè)月食用地中海飲食的老年人。這些分類群與認(rèn)知功能的改善呈正相關(guān)，與炎癥標(biāo)志物和虛弱呈負(fù)相關(guān)。

地中海飲食降低心肌梗死風(fēng)險(xiǎn)

在一項(xiàng)前瞻性隊(duì)列研究中，長(zhǎng)期堅(jiān)持地中海飲食與F. prausnitzii, Eubacterium eligens, Bacteroides cellulosilyticus 呈正相關(guān)。這項(xiàng)研究進(jìn)一步表明，與那些攜帶P.copri的人相比，P.copri豐度較低且堅(jiān)持地中海飲食的人心肌梗死風(fēng)險(xiǎn)較低。

對(duì)地中海飲食的微生物組學(xué)研究強(qiáng)調(diào)了其在飲食建議中的重要性。最近部分國(guó)家更新的飲食指南推薦了類似地中海飲食的飲食模式，如阻止高血壓的飲食方法（DASH）飲食，并對(duì)微生物組在調(diào)節(jié)其健康影響中的作用進(jìn)行了研究。

04飲食-微生物-宿主相互作用的知識(shí)能否提供解決方案？

雖然飲食指南已經(jīng)演變?yōu)榉从承碌目捎米C據(jù)，并普遍同意其建議，但爭(zhēng)議仍然存在。

在這里，我們討論了宿主-微生物相互作用如何提供洞察力來(lái)幫助解決這些爭(zhēng)議。

紅肉和加工肉

紅肉含有必需的微量營(yíng)養(yǎng)素，是重要的優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)來(lái)源。然而，大多數(shù)飲食指南建議只適度食用，同時(shí)建議避免食用加工肉類（鹽腌、腌制和煙熏的肉類）（表1）。

紅肉和加工肉類引爭(zhēng)議？

在癌癥預(yù)防方面，這些評(píng)估由國(guó)際癌癥研究機(jī)構(gòu)（IARC）和世界癌癥研究基金會(huì)共同進(jìn)行。盡管有這些一致的建議，但2019年的一系列系統(tǒng)性審查得出結(jié)論，成年人應(yīng)該繼續(xù)目前的紅肉和加工肉攝入量，理由是它們與不良健康結(jié)果的聯(lián)系的證據(jù)不足。這引發(fā)了營(yíng)養(yǎng)領(lǐng)域的爭(zhēng)議。

腸道菌群為這場(chǎng)爭(zhēng)論提供了另一個(gè)視角

腸道微生物對(duì)紅肉和加工肉類的蛋白水解發(fā)酵會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生潛在的有害代謝物，例如氨、對(duì)甲酚和硫化氫。

紅肉和加工肉→產(chǎn)硫化物菌發(fā)酵→可能致癌

硫化氫是由脫硫弧菌等細(xì)菌發(fā)酵含硫氨基酸產(chǎn)生，并作為粘液溶解劑，可以增加小鼠腸道通透性。

這使得同樣存在于紅肉和加工肉類中的血紅素能夠增加腸道中的過(guò)度增殖和增生，抑制腫瘤抑制基因，并激活致癌基因，所有這些都是致癌的潛在原因。

抗生素給藥抑制了小鼠的這些影響，表明腸道微生物群的因果作用。在人類中，產(chǎn)生硫化物的細(xì)菌和途徑與晚期結(jié)直腸癌密切相關(guān)。

紅肉和加工肉→TMAO→心血管疾病

腸道微生物將肉制品中大量存在的左旋肉堿和磷脂酰膽堿轉(zhuǎn)化為三甲胺，三甲胺被含肝黃素的單加氧酶 (FMO) 氧化為三甲胺-N-氧化物 (TMAO)。

TMAO 在血漿中循環(huán)并由腎臟有效排泄，并在動(dòng)物模型中與心血管疾病有因果關(guān)系。觀察性研究報(bào)告了 TMAO 水平與心血管疾病風(fēng)險(xiǎn)之間的強(qiáng)正相關(guān)關(guān)系。然而，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)并不一致，而人類中的 TMAO 水平經(jīng)常被混淆并可能由腎功能下降引起。

此外，TMAO 范式與將富含 TMAO 及其前體的脂肪魚與有益的心臟代謝結(jié)果聯(lián)系起來(lái)的流行病學(xué)發(fā)現(xiàn)不一致。

肉類以外的食物（即十字花科蔬菜）可以抑制 FMO3 的活性，使研究結(jié)果更加復(fù)雜。

為了闡明源自肉類產(chǎn)品的 TMAO 的因果貢獻(xiàn)，需要在人類中進(jìn)行足夠持續(xù)時(shí)間的控制喂養(yǎng)試驗(yàn)，以評(píng)估經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的心血管疾病的替代標(biāo)志物。

加工肉類含有瘦紅肉中不存在的其他化合物，這些化合物可能會(huì)放大微生物介導(dǎo)的有害影響

大多數(shù)加工肉類富含飽和脂肪，可刺激小腸中的肝膽汁酸分泌。

一些初級(jí)膽汁酸逃脫腸肝再循環(huán)并進(jìn)入大腸，在那里它們被微生物轉(zhuǎn)化為次級(jí)膽汁酸。其中，脫氧膽酸和石膽酸可引起氧化應(yīng)激和 DNA 損傷，并與結(jié)腸癌發(fā)生有關(guān)。

一項(xiàng)薈萃分析發(fā)現(xiàn)，在結(jié)直腸癌患者中，腸道微生物組功能特征的特征是次級(jí)膽汁酸的產(chǎn)生增加。而一項(xiàng)系統(tǒng)評(píng)價(jià)表明飽和脂肪會(huì)降低微生物的豐富度和多樣性。

此外，加工肉類中使用的固化劑硝酸鹽和亞硝酸鹽構(gòu)成微生物生物轉(zhuǎn)化為N-亞硝基化合物的底物，它們會(huì)導(dǎo)致 DNA 烷基化損傷，因此具有致癌性。

“適度食用瘦肉紅肉和避免加工肉” 的科學(xué)依據(jù)

鑒于上述幾點(diǎn)，紅肉和加工肉類產(chǎn)生的腸道微生物代謝物的毒性與解釋它們對(duì)健康的影響有關(guān)。

盡管有證據(jù)表明紅肉是結(jié)腸癌的危險(xiǎn)因素，但蛋白質(zhì)發(fā)酵產(chǎn)生的代謝物（如硫化氫和氨）毒性較低，目前還沒(méi)有歸類為人類致癌物。

相比之下，僅來(lái)自加工肉類的微生物代謝產(chǎn)物（N-亞硝基化合物和次生膽汁酸）具有更高的毒性和致癌性。

考慮到可能的劑量-反應(yīng)關(guān)系，毒理學(xué)考慮證明了IARC/世界衛(wèi)生組織專家小組對(duì)紅肉（2A組，可能致癌物）和加工肉（1組，致癌物）進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分類的合理性，以及當(dāng)前的飲食指南：適度食用瘦肉紅肉和避免加工肉。

乳制品

 長(zhǎng)期存在爭(zhēng)議：乳制品應(yīng)在多大程度上納入健康飲食？

一方面，它們是鈣、磷和維生素D的主要膳食來(lái)源。

另一方面，人們對(duì)乳制品中存在的飽和脂肪表示擔(dān)憂。

大多數(shù)飲食指南建議使用脫脂和低脂（0%-2%）乳制品，并避免使用高脂乳制品（>25%，如某些奶酪、奶油制品和黃油）。然而，對(duì)于全脂乳制品還沒(méi)有達(dá)成共識(shí)(～3.5%），其有害影響受到質(zhì)疑，一些飲食指南（表1）不鼓勵(lì)使用。

乳脂肪和腸道微生物群之間的相互作用

一項(xiàng)開(kāi)創(chuàng)性的研究表明，乳源性飽和脂肪誘導(dǎo)?；撬峤Y(jié)合膽汁酸，促進(jìn)產(chǎn)生硫化氫的致病菌Bilophila wadsworthia的爆發(fā)，從而引發(fā)遺傳易感小鼠的結(jié)腸炎。

另一項(xiàng)針對(duì)小鼠的研究證實(shí)了這些發(fā)現(xiàn)，其中主要來(lái)源于乳脂的高脂肪飲食增加了B. wadsworthia的豐度和盲腸膽汁酸水平，從而導(dǎo)致腸道屏障功能障礙和代謝綜合征。

這些動(dòng)物模型強(qiáng)調(diào)了乳源性飽和脂肪對(duì)微生物群動(dòng)態(tài)平衡的潛在有害影響，支持了建議限制高脂肪乳制品的飲食指南。

據(jù)我們所知，目前缺乏評(píng)估全脂乳制品中飽和脂肪水平是否影響微生物群的良好控制的人類干預(yù)試驗(yàn)，此類研究有必要，能為未來(lái)的飲食指南提供信息。

低脂與低碳水化合物飲食

“低脂”、“低碳”，這對(duì)減肥人士來(lái)說(shuō)，是非常熟悉的。

目前的膳食指南沒(méi)有涉及到限制脂肪或碳水化合物攝入是否會(huì)支持最佳健康。

這些飲食如何影響微生物群代謝以及對(duì)健康的長(zhǎng)期影響？

低脂飲食通常富含蔬菜、水果、全谷物和植物蛋白質(zhì)，因此提供有益的飲食成分，改變微生物代謝。

相反，低碳水化合物飲食通常脂肪和/或蛋白質(zhì)含量較高，因此纖維含量較低，這導(dǎo)致產(chǎn)生對(duì)結(jié)腸健康有害的代謝物。

這在一項(xiàng)隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)中得到證實(shí)，在該試驗(yàn)中，高蛋白低碳水化合物飲食增加了N-亞硝基化合物的濃度，降低了丁酸鹽和抗炎酚類化合物的水平。

在另一項(xiàng)研究中，高脂肪、低碳水化合物飲食導(dǎo)致健康年輕人的腸道微生物群、糞便代謝組學(xué)特征和血漿促炎介質(zhì)發(fā)生不利變化。

這些發(fā)現(xiàn)引起了人們對(duì)低碳水化合物飲食的長(zhǎng)期健康結(jié)果的擔(dān)憂，并與前瞻性隊(duì)列研究的薈萃分析一致，該研究顯示，食用動(dòng)物性低碳水化合物飲食的參與者死亡率最高。

因此，有必要通過(guò)針對(duì)微生物組的方法改善低碳水化合物飲食。

05腸道微生物群在推進(jìn)營(yíng)養(yǎng)策略中的應(yīng)用

當(dāng)代國(guó)家飲食指南高度一致，與研究人員對(duì)飲食如何影響與健康相關(guān)的微生物-宿主相互作用的理解一致。

這種一致性是顯著的，證實(shí)飲食指南的觀察性和干預(yù)性研究沒(méi)有考慮微生物組。這表明腸道微生物群是飲食生理效應(yīng)的關(guān)鍵中介，鑒于哺乳動(dòng)物解剖學(xué)、生理學(xué)、免疫和代謝的中心方面在整個(gè)進(jìn)化過(guò)程中都是由飲食-微生物-宿主相互作用形成的，這一功能可能在進(jìn)化上根深蒂固。

雖然營(yíng)養(yǎng)學(xué)和微生物組學(xué)學(xué)科之間的一致性在很大程度上驗(yàn)證了當(dāng)前的飲食指南，但研究人員認(rèn)為，更系統(tǒng)地結(jié)合營(yíng)養(yǎng)素影響宿主-微生物相互作用的分子基礎(chǔ)知識(shí)，有可能加強(qiáng)和創(chuàng)新人類營(yíng)養(yǎng)。

下面概述了微生物組學(xué)觀點(diǎn)可以推進(jìn)營(yíng)養(yǎng)策略的機(jī)會(huì)，然后提出了一個(gè)整合腸道微生物組學(xué)的研究框架，以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

考慮進(jìn)化的因素

對(duì)人類及其腸道微生物群共同進(jìn)化的假設(shè)最有說(shuō)服力的支持來(lái)自對(duì)母乳低聚糖（HMO）功能特征的解釋。母乳構(gòu)成了飲食、微生物組和人類健康之間進(jìn)化關(guān)系重要性的范例。

現(xiàn)代飲食可能在進(jìn)化上與人類生理不匹配，這可能是慢性病流行的重要驅(qū)動(dòng)因素。

目前建議女性和男性每天攝入 25 克和 38 克纖維。一系列系統(tǒng)評(píng)價(jià)和薈萃分析支持了更高攝入量的論點(diǎn)，表明每天攝入超過(guò)25–29克的纖維將帶來(lái)額外的益處。參與者每天從蔬菜、水果和堅(jiān)果飲食中攝入100克以上的纖維，可以顯著降低血清膽固醇水平，增加糞便中的短鏈脂肪酸。

在一項(xiàng)人體試驗(yàn)中，非裔美國(guó)人和南非農(nóng)村人(分別習(xí)慣食用低纖維和高纖維飲食)交換了他們的飲食，導(dǎo)致非裔美國(guó)人的黏膜增殖率和結(jié)腸炎癥(結(jié)腸癌風(fēng)險(xiǎn)的生物標(biāo)志物)下降，而南非農(nóng)村人在這些試驗(yàn)中經(jīng)歷了不利的變化。

飲食交換的效果與次級(jí)膽汁酸豐度和短鏈脂肪酸生成的相反變化相關(guān)。對(duì)飲食微生物群相互作用如何影響人類生理學(xué)的進(jìn)化考慮，可以為飲食建議、有針對(duì)性的營(yíng)養(yǎng)策略以及對(duì)抗慢性病風(fēng)險(xiǎn)的食品開(kāi)發(fā)提供信息。進(jìn)化的考慮也為微生物組的恢復(fù)策略奠定了基礎(chǔ)。

微生物修復(fù)策略

工業(yè)化造成了非傳染性慢性病的增加和微生物組的枯竭，其特征是微生物多樣性減少，利用碳水化合物的酶的能力降低，發(fā)酵減少，以及黏液降解生物的富集。

盡管將微生物群恢復(fù)到祖先的狀態(tài)可能是不現(xiàn)實(shí)的，也可能是不可取的，但人們對(duì)開(kāi)發(fā)微生物群恢復(fù)策略、重建與健康相關(guān)的功能特征的興趣越來(lái)越大。

全植物食物

這種策略得到了一項(xiàng)人類干預(yù)研究結(jié)果的支持，該研究測(cè)試了富含全植物食物（每天提供45克纖維）的飲食，這會(huì)提高短鏈脂肪酸的產(chǎn)量，并增加聚糖降解碳水化合物活性酶的相對(duì)豐度。

僅關(guān)注膳食纖維的微生物群落恢復(fù)方法不太可能補(bǔ)充丟失的微生物物種。已經(jīng)提出了重新引入因工業(yè)化而丟失的菌群的建議。雖然從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看這是一種很有希望的方法，但許多消失物種的致病性未知，這使得它們轉(zhuǎn)化為營(yíng)養(yǎng)策略具有挑戰(zhàn)性。

發(fā)酵食品

另一種方法是發(fā)酵食品，定義為通過(guò)理想的微生物生長(zhǎng)和膳食成分的酶轉(zhuǎn)化生產(chǎn)的食品，其結(jié)果通常具有增強(qiáng)的營(yíng)養(yǎng)特性。

發(fā)酵食品的例子有開(kāi)菲爾、酸奶、康普茶、豆豉、泡菜等。發(fā)酵食品在當(dāng)前的飲食趨勢(shì)中排名很靠前，在全球范圍內(nèi)廣受歡迎。如果生吃，發(fā)酵食品通常含有大量的活微生物，這些微生物具有長(zhǎng)期的安全食用歷史。

關(guān)于發(fā)酵食品健康益處的研究

發(fā)酵食品的益處已通過(guò)一項(xiàng)定性系統(tǒng)綜述進(jìn)行了總結(jié)，該綜述對(duì)觀察性和實(shí)驗(yàn)性研究進(jìn)行了評(píng)估，報(bào)告稱酸奶、開(kāi)菲爾和其他發(fā)酵牛奶與胃腸道健康、2型糖尿病和癌癥風(fēng)險(xiǎn)以及體重管理的良好結(jié)果相關(guān)。

此外，一項(xiàng)針對(duì)120000多名參與者的大型觀察性研究發(fā)現(xiàn)，體重增加與酸奶攝入量之間存在顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系。然而，來(lái)自隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)的證據(jù)非常稀少，發(fā)酵食品才剛剛開(kāi)始被推薦到飲食指南中。

一項(xiàng)隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)對(duì)每天包括6份發(fā)酵食品的飲食進(jìn)行了試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)增加了微生物組的多樣性，并減少了幾種促炎細(xì)胞因子和趨化因子。

需要額外的設(shè)計(jì)良好的隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)，并驗(yàn)證替代終點(diǎn)，以證明將發(fā)酵食品納入飲食建議的合理性。此類研究應(yīng)考慮到一些發(fā)酵食品（如發(fā)酵香腸、一些奶酪和加糖酸奶）的有害營(yíng)養(yǎng)方面，如大量的鹽、飽和脂肪、糖和固化劑，可能會(huì)超過(guò)活微生物的潛在益處。

益生菌、合生元

理論上，也可以通過(guò)飲食益生菌和合生元（益生菌和益生元的組合）來(lái)實(shí)現(xiàn)微生物群落的恢復(fù)策略。

有大量研究在許多臨床環(huán)境中探索這些策略，并提出了不同的機(jī)制，例如其免疫調(diào)節(jié)作用。如果使用人體胃腸道固有的細(xì)菌菌株，益生菌可以成功地長(zhǎng)時(shí)間定植。

這種策略可以使微生物群多樣化，但據(jù)了解，這一點(diǎn)尚未得到系統(tǒng)的測(cè)試。

也有人提議探索每日攝入活微生物的飲食建議，以促進(jìn)健康。為了使這一概念可行，需要進(jìn)行流行病學(xué)研究和隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)，以測(cè)試益生菌在預(yù)防慢性病方面的價(jià)值。

加工食品重新配方

為了提高全人口的飲食質(zhì)量，建議重新配方而不是取消加工食品。

這樣的嘗試將需要食品工程的創(chuàng)新，這將受益于飲食-微生物-宿主相互作用的考慮。例如，可以用不可消化的可發(fā)酵淀粉和其他纖維部分替代食品中的白面粉，從而改變加工食品的固有特性(如纖維含量、血糖生成指數(shù)和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化率)，以抵消對(duì)腸道菌群和宿主代謝的有害影響。

在一項(xiàng)統(tǒng)計(jì)模型研究中，這一方法已具有廣泛的影響，該研究預(yù)測(cè)，如果英國(guó)50%的加工食品的市場(chǎng)份額中添加約3克纖維，2型糖尿病和心血管疾病的風(fēng)險(xiǎn)將降低70%以上。

類似的方法可以應(yīng)用于重新引入其他生物活性化合物，如植物化學(xué)物質(zhì)，可能與膳食纖維聯(lián)動(dòng)。

與其依靠個(gè)人改變他們的飲食習(xí)慣改善健康，不如用更多的重新配方加工食品來(lái)改善飲食質(zhì)量，而不顯著改變飲食習(xí)慣。

靶向微生物組調(diào)節(jié)

確定“健康微生物群”

雖然很難定義什么是“健康”微生物群，但腸道微生物群的特定分類群和功能特征，特別是受飲食影響的分類群和功能特征（例如，與健康相關(guān)的SCFA和次生膽汁酸）與健康結(jié)果有關(guān)。

一旦確定了促進(jìn)健康的分類群和微生物群特征，就可以用營(yíng)養(yǎng)策略來(lái)針對(duì)它們。

例如，代謝有害的低碳水化合物或高肉類飲食，可通過(guò)補(bǔ)充可發(fā)酵纖維，以將微生物代謝從蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化為碳水化合物發(fā)酵，改善腸道屏障完整性，并通過(guò)短鏈脂肪酸誘導(dǎo)全身代謝益處。鑒于膳食纖維和低碳水化合物飲食的獨(dú)立代謝效應(yīng)，它們的結(jié)合可能產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)。

擴(kuò)展閱讀：健康的人類微生物組

使用膳食纖維增強(qiáng)假定的健康菌群

通過(guò)這種方式促進(jìn)菌群及其代謝產(chǎn)物。這種方法基本上符合益生元的概念，益生元被定義為宿主微生物選擇性利用的底物，具有健康益處。

不幸的是，這一定義并沒(méi)有就什么構(gòu)成“選擇性”效應(yīng)、這種效應(yīng)如何與健康益處因果關(guān)聯(lián)以及如何區(qū)分益生元和膳食纖維提供明確的指導(dǎo)。這些擔(dān)憂導(dǎo)致歐洲食品安全局規(guī)定，益生元不能標(biāo)記為益生元，但必須標(biāo)記為膳食纖維。

飲食指南中也沒(méi)有提到食物來(lái)源的益生元，這很不幸，因?yàn)?strong>目標(biāo)微生物組調(diào)節(jié)的總體概念很有希望。

用膳食纖維獲得可預(yù)測(cè)的微生物群組成變化

研究人員提出了一個(gè)概念框架，利用該框架，可以使用含有離散結(jié)構(gòu)的膳食纖維（定義為“一種獨(dú)特的化學(xué)結(jié)構(gòu)……與細(xì)菌基因組中編碼的基因簇相一致”），來(lái)獲得可預(yù)測(cè)的和理想的微生物群組成變化。

在人體試驗(yàn)中對(duì)該框架進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)試，在該試驗(yàn)中，IV型抗性淀粉的細(xì)微結(jié)構(gòu)差異將短鏈脂肪酸輸出導(dǎo)向丙酸鹽或丁酸鹽，丙酸鹽或丁酸鹽具有不同的代謝和生理功能。

有針對(duì)性的營(yíng)養(yǎng)微生物組調(diào)節(jié)對(duì)于飲食指南和治療性食品都有巨大的前景，但關(guān)于微生物組的哪些方面應(yīng)該有針對(duì)性的問(wèn)題仍然存在，需要進(jìn)行隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)來(lái)證明這些策略是否能轉(zhuǎn)化為改善健康的結(jié)果。

精準(zhǔn)營(yíng)養(yǎng)

即使控制良好的飲食干預(yù)措施也會(huì)對(duì)個(gè)體產(chǎn)生不同的影響。這對(duì)目前在飲食指南中應(yīng)用的“一刀切”方法提出了質(zhì)疑。

精確營(yíng)養(yǎng)（也稱為“個(gè)性化營(yíng)養(yǎng)”）的新興領(lǐng)域旨在利用人類的個(gè)性，首先確定哪些特定的特征可以預(yù)測(cè)對(duì)飲食干預(yù)的反應(yīng)，然后相應(yīng)地調(diào)整營(yíng)養(yǎng)，以實(shí)現(xiàn)不同人群的相同反應(yīng)。

考慮到腸道微生物群對(duì)飲食的高度個(gè)性化反應(yīng)，微生物群檢測(cè)是針對(duì)慢性病預(yù)防和治療的精準(zhǔn)營(yíng)養(yǎng)策略的關(guān)鍵組成部分，以及其他個(gè)人特定因素（例如，遺傳學(xué)、基線代謝和體力活動(dòng)）。

應(yīng)用：同樣的減肥方式，哪類人群更容易達(dá)到效果？——機(jī)器學(xué)習(xí)幫你預(yù)測(cè)

機(jī)器學(xué)習(xí)方法可以應(yīng)用于大型參與者隊(duì)列，以確定哪些特征可以預(yù)測(cè)健康結(jié)果。例如，機(jī)器學(xué)習(xí)算法利用參與者關(guān)于血液參數(shù)、飲食習(xí)慣、微生物組組成和其他因素的數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)化膳食的餐后血糖反應(yīng)。

這類預(yù)測(cè)可以受益于微生物組和宿主遺傳數(shù)據(jù)的結(jié)合，如一項(xiàng)研究所示，基線Prevotella/擬桿菌比率高，可以預(yù)測(cè)唾液淀粉酶基因拷貝數(shù)較低的受試者，在食用富含膳食纖維、全谷物、水果和蔬菜的飲食后體重減輕更大。

應(yīng)用：微生物組結(jié)合手機(jī)用于飲食監(jiān)測(cè)——機(jī)器學(xué)習(xí)為你提供高維數(shù)據(jù)，最終實(shí)現(xiàn)個(gè)性化建議

國(guó)家飲食指南目前沒(méi)有考慮精確或個(gè)性化的方法，其實(shí)施將在人口規(guī)模上具有挑戰(zhàn)性。然而，這樣做的技術(shù)已經(jīng)存在，并且可以利用微生物組測(cè)序和智能手機(jī)應(yīng)用程序用于飲食監(jiān)測(cè)的組合，最終為機(jī)器學(xué)習(xí)算法提供高維數(shù)據(jù)，以便將個(gè)性化營(yíng)養(yǎng)建議反饋給用戶。

精準(zhǔn)營(yíng)養(yǎng)可持續(xù)的條件

預(yù)測(cè)模型的多中心驗(yàn)證必須在不同人群（包括非西方國(guó)家和發(fā)展中國(guó)家）中進(jìn)行，以確定其廣泛適用性并鼓勵(lì)進(jìn)一步完善。精確營(yíng)養(yǎng)方法將取決于營(yíng)養(yǎng)和微生物學(xué)科之間的持續(xù)合作，其在全人口范圍內(nèi)的實(shí)施將需要監(jiān)管機(jī)構(gòu)、專業(yè)協(xié)會(huì)和決策者的大量額外投入。

前進(jìn)的道路

有關(guān)飲食微生物組與宿主相互作用的信息有可能進(jìn)一步驗(yàn)證、完善和創(chuàng)新飲食建議。

將腸道微生物組納入飲食指導(dǎo)，需要有證據(jù)證明微生物組在飲食生理效應(yīng)中的機(jī)制和因果作用。確定腸道微生物群在人類疾病易感性中的作用的因果關(guān)系仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)，這在營(yíng)養(yǎng)學(xué)研究中更加復(fù)雜，因?yàn)轱嬍?、腸道微生物群和人類健康之間的相互作用是復(fù)雜和多方向的。

飲食、腸道微生物群和人類健康之間復(fù)雜的、多向的因果關(guān)系

doi.org/10.1016/j.chom.2022.04.016

評(píng)估微生物組在營(yíng)養(yǎng)中作用的人類研究因微生物組的復(fù)雜生態(tài)特征（個(gè)體間、地理和時(shí)間變異性）和營(yíng)養(yǎng)研究的局限性（甚至適用于隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)）而變得更加復(fù)雜（例如，難以評(píng)估飲食攝入和遵守研究方案、飲食成分的共線性和混雜因素）。

在設(shè)計(jì)未來(lái)的營(yíng)養(yǎng)研究時(shí)，必須考慮這些復(fù)雜性，以闡明哪些因素（包括微生物組）介導(dǎo)了飲食對(duì)健康的影響。

研究人員推薦概述飲食微生物組研究最佳實(shí)踐指南的優(yōu)秀評(píng)論，并通過(guò)使用三大支柱將腸道微生物組整合到營(yíng)養(yǎng)研究的所有階段的實(shí)驗(yàn)框架來(lái)擴(kuò)展這些評(píng)論。

一、微生物群的發(fā)現(xiàn)為健康飲食提出假設(shè)

腸道微生物群可以在既定飲食策略驗(yàn)證之外為營(yíng)養(yǎng)提供信息，并有助于確定微生物群特征作為未來(lái)的營(yíng)養(yǎng)目標(biāo)。

目前已經(jīng)確定了腸道菌群與人類疾病狀態(tài)之間的關(guān)聯(lián)。多元組學(xué)技術(shù)（如宏基因組學(xué)、宏蛋白質(zhì)組學(xué)、代謝組學(xué)）和先進(jìn)分析方法的使用，已經(jīng)建立了支撐生物途徑的潛在機(jī)制和因果基礎(chǔ)。高質(zhì)量、大規(guī)模隊(duì)列研究有助于為飲食指南提供證據(jù)基礎(chǔ)。

最近的研究擴(kuò)展了這一框架，并將微生物組學(xué)和營(yíng)養(yǎng)流行病學(xué)結(jié)合起來(lái)，以闡明微生物組學(xué)在飲食誘導(dǎo)的生理效應(yīng)中的作用。可以發(fā)現(xiàn)微生物組、健康和特定飲食或飲食成分之間的聯(lián)系。

這些相互作用的潛在機(jī)制和生物學(xué)合理性及其作為營(yíng)養(yǎng)靶點(diǎn)和診斷標(biāo)記的價(jià)值可在實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中得到證實(shí)。

二、微生物組與人類干預(yù)試驗(yàn)的整合

隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)：營(yíng)養(yǎng)學(xué)金標(biāo)準(zhǔn)

交叉設(shè)計(jì)：允許消除個(gè)人特定因素的個(gè)體間差異

干預(yù)試驗(yàn)：確定因果關(guān)系，直接告知飲食指南

隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)是建立人類因果關(guān)系的營(yíng)養(yǎng)學(xué)金標(biāo)準(zhǔn)，如果它們表現(xiàn)良好，在證據(jù)層次結(jié)構(gòu)上要高于觀察性試驗(yàn)。這種層次結(jié)構(gòu)也適用于微生物研究。營(yíng)養(yǎng)隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)可以使用微生物組流行病學(xué)中應(yīng)用的相同多組學(xué)方法進(jìn)行擴(kuò)展，以整合腸道微生物組并有效測(cè)試特定飲食微生物組的相互作用?？梢詫⒂行ьA(yù)測(cè)疾病風(fēng)險(xiǎn)的替代標(biāo)記物與微生物組終點(diǎn)（例如成分變化、功能和代謝物）和生物過(guò)程的分子標(biāo)記物相結(jié)合，假設(shè)這些生物過(guò)程將腸道微生物組的代謝活動(dòng)與宿主免疫代謝相聯(lián)系（即腸道激素、細(xì)胞因子、TMAO和腸道屏障完整性標(biāo)記物），以證實(shí)研究結(jié)果并提供假定的機(jī)制解釋。

交叉設(shè)計(jì)對(duì)于以微生物組為終點(diǎn)的隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)具有優(yōu)勢(shì)，因?yàn)閰⑴c者作為自己的對(duì)照，這允許消除個(gè)人特定因素的個(gè)體間差異（例如微生物組、遺傳學(xué)、代謝物譜和基線臨床測(cè)量）。研究應(yīng)進(jìn)一步控制其他混雜變量，如人口統(tǒng)計(jì)學(xué)（年齡和性別）和生活方式因素（習(xí)慣性飲食和藥物使用）。在這種情況下，大便稠度和飲酒是意外的混雜因素。應(yīng)使用分層隨機(jī)化來(lái)平衡參與者根據(jù)年齡和性別等因素分配給治療組的情況，并應(yīng)收集有關(guān)混雜變量的詳細(xì)信息，以便在統(tǒng)計(jì)分析中對(duì)其進(jìn)行控制。通過(guò)對(duì)自由生活或定居的參與者進(jìn)行充分的控制喂養(yǎng)研究，提供所有食物，包括足夠的磨合期，可以消除習(xí)慣性飲食的實(shí)質(zhì)性混雜因素。這樣的研究進(jìn)行起來(lái)困難且昂貴，但已經(jīng)在微生物組領(lǐng)域成功應(yīng)用。

干預(yù)試驗(yàn)可以確定飲食對(duì)健康影響的因果關(guān)系，從而直接告知飲食指南。如果微生物組被整合，隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)也可以為微生物組在飲食健康影響中的作用提供假定的機(jī)制解釋，并為精確營(yíng)養(yǎng)策略提供基于診斷微生物組的生物標(biāo)記。回歸和相關(guān)分析可用于確定飲食誘導(dǎo)的微生物組分/功能變化與臨床和機(jī)械終點(diǎn)之間的關(guān)聯(lián)。此外，機(jī)器學(xué)習(xí)模型可以確定是否可以通過(guò)對(duì)微生物組或受微生物組影響的宿主生物過(guò)程的影響來(lái)預(yù)測(cè)飲食誘導(dǎo)的生理變化。然而，除非這些試驗(yàn)和分析采用特定的實(shí)驗(yàn)和統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行擴(kuò)展，否則它們無(wú)法確定腸道微生物群在飲食影響中的因果作用。

三、關(guān)于微生物組在飲食影響中作用的機(jī)制洞察和因果推斷

收集縱向數(shù)據(jù)，使用數(shù)學(xué)方法，解開(kāi)因果

通過(guò)動(dòng)物模型擴(kuò)展確定潛在機(jī)制

最常用和最復(fù)雜的建立菌群因果關(guān)系的模型

動(dòng)物模型存在局限性，但對(duì)完善假設(shè)很寶貴

可以在隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)中收集縱向數(shù)據(jù)，以便進(jìn)行因果推斷，因?yàn)楸仨毷褂弥薪榉治龅确椒ǎ跁r(shí)間上先于效應(yīng)。其他數(shù)學(xué)方法，如結(jié)構(gòu)方程建模和貝葉斯網(wǎng)絡(luò)，也可以解開(kāi)飲食、微生物組和人類健康之間的因果關(guān)系。可以說(shuō)，最有希望直接在人類身上進(jìn)行因果推理的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是“干預(yù)主義框架”，當(dāng)針對(duì)假定原因的干預(yù)產(chǎn)生有利影響時(shí)，就可以推斷因果關(guān)系。這種方法可適用于具有良好特征效果的飲食干預(yù)，以測(cè)試針對(duì)微生物組特征或給予微生物代謝物（假定原因）是否能產(chǎn)生預(yù)期效果。

人類研究可以通過(guò)動(dòng)物模型擴(kuò)展，以確定微生物組的因果作用，確定微生物組中的因果成分，并確定潛在機(jī)制?？梢栽跓o(wú)菌動(dòng)物疾病模型中測(cè)試單獨(dú)或作為群落的特定微生物（靈知?jiǎng)游铮┗蚺c人類飲食干預(yù)生理效應(yīng)相關(guān)的微生物代謝產(chǎn)物。靈長(zhǎng)類動(dòng)物允許去除或添加特定的微生物，以確定微生物群落中的致病成分，并且可以用模仿人類飲食的飼料進(jìn)行挑戰(zhàn)。

人類微生物相關(guān)(HMA)嚙齒動(dòng)物是最常用和最復(fù)雜的建立微生物組因果關(guān)系的模型，將人類糞便微生物群移植到嚙齒類動(dòng)物的疾病模型中。HMA動(dòng)物可以非常有效地比較對(duì)飲食干預(yù)有或沒(méi)有反應(yīng)的人類微生物組，特別是如果假設(shè)差異是由特定微生物的存在或不存在引起的。然而，HMA動(dòng)物在做出關(guān)于飲食誘導(dǎo)的人類微生物組組成變化的因果推斷方面有很大的局限性。不提供活微生物的飲食不太可能從微生物群中添加或移除微生物物種，但只會(huì)改變?nèi)郝渲械南鄬?duì)比例。這種變化不太可能在受體動(dòng)物身上復(fù)制，因?yàn)樾纬晌⑸锶旱纳鷳B(tài)和進(jìn)化力量與供體中的不同。

盡管存在局限性，但動(dòng)物模型，尤其是如果其微生物群得到良好控制并與多組學(xué)方法相結(jié)合，有能力補(bǔ)充人類研究，因?yàn)樗鼈?strong>建立了飲食影響的機(jī)制基礎(chǔ)。通過(guò)使用更好地模仿人類生理學(xué)的動(dòng)物，如豬和靈長(zhǎng)類動(dòng)物，這些研究可以進(jìn)一步改進(jìn)。雖然不需要從機(jī)理和因果研究中獲得見(jiàn)解，來(lái)確定和確認(rèn)飲食成分的健康影響或基于微生物組的生物標(biāo)記物的效用，但這對(duì)于完善假設(shè)非常寶貴，可以創(chuàng)新制定有針對(duì)性的營(yíng)養(yǎng)策略，并為飲食建議提供額外的證據(jù)。

將腸道微生物組整合到營(yíng)養(yǎng)學(xué)研究的所有階段的實(shí)驗(yàn)框架，以促進(jìn)對(duì)微生物組在健康飲食中的作用的理解：

doi.org/10.1016/j.chom.2022.04.016

06結(jié) 語(yǔ)

飲食與疾病密切相關(guān)，而疾病又與微生物群相關(guān)。腸道微生物群可能是構(gòu)成營(yíng)養(yǎng)研究的“黑匣子”，飲食—微生物群的相互作用可能有助于建立飲食生理效應(yīng)的機(jī)制基礎(chǔ)。

這兩個(gè)領(lǐng)域有很強(qiáng)的生物學(xué)和進(jìn)化論理由來(lái)擴(kuò)展已經(jīng)活躍和正在進(jìn)行的合作，以加深對(duì)如何通過(guò)飲食優(yōu)化健康的理解。

應(yīng)將以微生物組為中心的終點(diǎn)納入營(yíng)養(yǎng)科學(xué)的各個(gè)方面，以加強(qiáng)飲食指南的證據(jù)基礎(chǔ)。營(yíng)養(yǎng)微生物學(xué)研究有可能全面了解健康飲食的各個(gè)方面，從而有助于解決飲食相關(guān)疾病的預(yù)防和管理。

谷禾也將不斷提供關(guān)于腸道微生物群如何影響和介導(dǎo)飲食化合物、特定食物和飲食模式的生理效應(yīng)的機(jī)制的前沿研究進(jìn)展，應(yīng)用到腸道菌群健康檢測(cè)，不斷更新已有框架，為大眾提供針對(duì)微生物群的營(yíng)養(yǎng)策略。

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網(wǎng)址: 根據(jù)腸道微生物組重新思考健康飲食 http://m.u1s5d6.cn/newsview164931.html