背景介紹此前已有多項(xiàng)研究充分揭示了腸道微生物對(duì)人類健康的重要性，而影響微生物群落組成和功能的因素仍有待了解。飲食被認(rèn)為是驅(qū)動(dòng)微生物群組成和功能變化的重要因素之一，其與人類微生物群之間的聯(lián)系已通過多種方式得到證明。例如，長期特定飲食模式與微生物群多樣性、分類學(xué)組成和微生物組基因特征之間存在深刻聯(lián)系；前瞻性飲食干預(yù)研究中的短期飲食變化也被證明會(huì)迅速改變?nèi)祟惸c道微生物群。腸道微生物群與人類生物學(xué)特征相關(guān)的交叉研究表明，調(diào)節(jié)腸道微生物可能有助于提升人類整體的健康水平。然而，目前仍存在的一個(gè)關(guān)鍵問題：是否存在一種廣泛且通用的飲食建議，可以通過調(diào)節(jié)微生物群-宿主相互作用來改善人群的健康。長期研究已經(jīng)表明，飲食具有調(diào)節(jié)腸道微生物群，進(jìn)而影響免疫系統(tǒng)的作用。最近發(fā)表于 Cell 雜志上的一項(xiàng)研究中，來自斯坦福大學(xué)醫(yī)學(xué)院，人類微生物組研究中心的 Justin L. Sonnenburg 教授團(tuán)隊(duì)探究了兩種針對(duì)微生物群的飲食干預(yù)措施：即「植物性纖維飲食」和「發(fā)酵食品飲食」，如何影響健康成年人的腸道微生物群以及免疫系統(tǒng)反應(yīng)。圖片來源：Cell在這項(xiàng)為期 17 周的隨機(jī)、前瞻性研究中，作者結(jié)合微生物組和人體多組學(xué)的測(cè)量手段，以及廣泛的免疫分析技術(shù)，發(fā)現(xiàn)了上述不同類型飲食干預(yù)措施的特異性影響。結(jié)果表明，盡管兩種飲食方式對(duì)微生物群落多樣性穩(wěn)定方面的影響程度相當(dāng)，但「高纖維植物性飲食」能夠特異性增加微生物組編碼的多聚糖酶（CAZymes）的表達(dá)水平。除此之外，作者還發(fā)現(xiàn)不同的飲食方式對(duì)宿主腸道免疫反應(yīng)的影響也存在明顯差異，其中高纖維膳食人群體內(nèi)存在高水平的免疫反應(yīng)，而相比之下，攝入發(fā)酵類食品的人群腸道微生物多樣性則穩(wěn)步提升，同時(shí)伴隨炎癥標(biāo)志物表達(dá)水平的下調(diào)。研究內(nèi)容首先，作者招募了健康成年人參與為期 10 周的飲食干預(yù)（總時(shí)間為 17 周，其中包括干預(yù)前和干預(yù)后），參與者被隨機(jī)分配接受兩種不同的飲食干預(yù)模式：高纖維飲食或高發(fā)酵食物飲食。在評(píng)估合格的 381 個(gè)人中，39 名參與者最終被分配到兩種干預(yù)措施之一中。期間一名參與者因個(gè)人原因退出研究，兩名參與者在研究過程中服用抗生素并被排除在外。每組參與者的最終計(jì)數(shù)相同，均為 18。參與者年齡 51 ± 12 歲，平均 BMI 為 25 ± 4 kg/m2，主要是女性，白人和高學(xué)歷人群。在為期 3 周的干預(yù)前時(shí)間段（「基線」）中縱向收集血液和糞便樣本；然后是 4 周的「爬升」階段，參與者在此階段逐漸增加各自飲食的攝入量；接著是 6 周的「維持」階段，參與者保持高纖維或發(fā)酵食品的消費(fèi)水平；最后是一個(gè)為期 4 周的「選擇」期，參與者可以自由維持各自的飲食干預(yù)措施。之后，作者評(píng)估了受試者糞便樣本中的微生物群組成，功能和代謝水平。此外，作者還測(cè)量了受試者血液循環(huán)系統(tǒng)中細(xì)胞因子水平、特異性細(xì)胞因子反應(yīng)、細(xì)胞占比和免疫穩(wěn)態(tài)下的細(xì)胞信號(hào)等。圖 1. 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案與流程概覽圖進(jìn)一步，作者想知道不同類型的飲食干預(yù)是否會(huì)導(dǎo)致參與者的微生物群或生物學(xué)方面的特征性發(fā)生變化。對(duì)此，作者生成了隨機(jī)森林模型，并且為每個(gè)指標(biāo)制作了一個(gè)單獨(dú)的模型，定量比較了基線（糞便樣本第 2 周；血液樣本第 3 周）和試驗(yàn)結(jié)束階段之間的差異。每個(gè)模型都使用遞歸特征消除來選擇特征數(shù)量最少的模型，同時(shí)保持最高的準(zhǔn)確性。作為陽性對(duì)照，作者使用了營養(yǎng)攝入作為參考指標(biāo)對(duì)參與者進(jìn)行了分類，其準(zhǔn)確度為 91%。除了營養(yǎng)攝入外，使用人類糞便蛋白質(zhì)組學(xué)變化的模型在預(yù)測(cè)飲食方面的準(zhǔn)確度最高（準(zhǔn)確度為 89%）。 該模型從 230 個(gè)宿主蛋白質(zhì)中選擇了肌球蛋白-1（Myosin-1）作為參數(shù)之一，它在高發(fā)酵食品飲食組中水平顯著增加。由于 Myosin-1 在小腸刷狀緣內(nèi)的微絨毛中高度表達(dá)，因此它的增加可能表明在高發(fā)酵食物飲食隊(duì)列中小腸內(nèi)的上皮細(xì)胞更新速率更高。圖 2. 不同飲食干預(yù)模式對(duì)宿主以及腸道微生物各項(xiàng)指標(biāo)的總體影響之后，作者基于 16S rRNA 的整體組成、糞便微生物蛋白質(zhì)組學(xué)、糞便短鏈脂肪酸（SCFA）和碳水化合物活性酶的宏基因組測(cè)量值分別構(gòu)建了四個(gè)不同的模型。整體微生物群組成模型的特征是：高纖維飲食組中毛螺菌屬（Lachnospira）增加，而高發(fā)酵食物組相對(duì)減少。在此前一項(xiàng)人類前瞻性研究中，毛螺菌屬（Lachnospira）與高膳食纖維攝入之間呈正相關(guān)。而本研究中，作者發(fā)現(xiàn)參與者的腸道微生物群組成在干預(yù)期間保持高度個(gè)性化，結(jié)果與之前人類微生物群研究報(bào)告的結(jié)果相似。使用宿主免疫參數(shù)測(cè)量生成的模型，包括內(nèi)源性免疫細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)、炎性細(xì)胞因子和免疫細(xì)胞頻率，同樣可以預(yù)測(cè)飲食干預(yù)的效果，但不如微生物群相關(guān)指標(biāo)中觀察到的變化明顯?；诿庖呒?xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)能力生成的模型預(yù)測(cè)效果并不理想。然而，這些模型表明，上述兩種飲食干預(yù)措施在參與者的人類和微生物生物學(xué)中均產(chǎn)生了特征反應(yīng)。根據(jù)針對(duì)腸道微生物群的干預(yù)措施，飲食引起的微生物群變化可能比其對(duì)免疫系統(tǒng)反應(yīng)的影響更加穩(wěn)定且一致。由于預(yù)測(cè)模型揭示了參與者的多方面飲食特異性反應(yīng)，作者希望更加深入地研究每種飲食具體如何影響宿主微生物群。對(duì)此，作者評(píng)估了高纖維飲食組的微生物群組成、多樣性、功能和微生物發(fā)酵產(chǎn)物的變化?；趯?duì)小鼠和人類的干預(yù)研究以及高纖維飲食與微生物群多樣性增加之間的長期關(guān)聯(lián)研究，作者假設(shè)增加膳食纖維攝入會(huì)導(dǎo)致微生物群多樣性增加。然而，擴(kuò)增子序列變異（ASV）、Shannon 多樣性或系統(tǒng)發(fā)育多樣性的 alpha 多樣性在干預(yù)過程中并未發(fā)生明顯變化。此外，當(dāng)與每個(gè)參與者消耗的膳食纖維總量相關(guān)聯(lián)時(shí)，alpha 多樣性也沒有明顯變化。與此不同，作者發(fā)現(xiàn)從基線階段到維持階段高纖維飲食組中每克糞便中微生物蛋白的相對(duì)豐度有所增加。盡管高纖維飲食組的微生物群多樣性或組成沒有普遍變化，但糞便中微生物蛋白質(zhì)百分比的增加表明，纖維可能會(huì)促進(jìn)擅長纖維降解的細(xì)菌的生長。宏基因組測(cè)序顯示 11 種不同碳水化合物活性酶（CAZymes）的相對(duì)豐度有所增加；在 10 個(gè)推定的非歧義底物預(yù)測(cè)中，所有預(yù)測(cè)都表明會(huì)降解植物細(xì)胞壁碳水化合物。而具有 CAZyme 的菌種相對(duì)豐度均沒有下降，這些結(jié)果表明高纖維飲食導(dǎo)致整個(gè)隊(duì)列復(fù)雜碳水化合物處理能力的整體增加，而不僅僅是碳水化合物利用功能的重新配置?；诟呃w維飲食組人群腸道微生物群的變化，作者懷疑參與者的免疫系統(tǒng)是否同樣受到影響。對(duì)此，作者測(cè)試了參與者的免疫狀態(tài)是否發(fā)生了改變。利用多重蛋白質(zhì)組學(xué)平臺(tái)，作者評(píng)估了血清中的細(xì)胞因子和其它免疫調(diào)節(jié)因子的水平。之后，作者通過用脂多糖（LPS）或參與炎癥信號(hào)傳導(dǎo)的細(xì)胞因子（IL-6、IL-2、IL-10、IFNa，IFNg）刺激外周血單核細(xì)胞來測(cè)量免疫信號(hào)傳導(dǎo)能力，并且通過流式細(xì)胞術(shù)在 JAK/STAT 和絲裂原活化蛋白（MAP）激酶途徑中測(cè)量細(xì)胞類型特異性反應(yīng)。結(jié)果顯示，高纖維飲食參與者從基線到維持階段結(jié)束的免疫特征存在明顯區(qū)別。這些不同的「簇」是由內(nèi)源性信號(hào)變化驅(qū)動(dòng)的，最顯著的是「高炎癥」簇內(nèi)的個(gè)體免疫特征顯示單核細(xì)胞、B 細(xì)胞以及 CD4 和 CD8 T 細(xì)胞中 JAK/STAT 和 MAP 激酶信號(hào)傳導(dǎo)增加，而兩個(gè)低炎癥簇都顯示這些標(biāo)記物減少?？傊?，這些數(shù)據(jù)表明人體免疫系統(tǒng)對(duì)高纖維飲食干預(yù)的反應(yīng)存在差異，高炎癥參與者表現(xiàn)出廣泛性的免疫激活，而低炎癥參與者表現(xiàn)出免疫激活程度下降的特征。圖 3. 攝入發(fā)酵食品有助于降低腸道炎癥反應(yīng)最后，作者對(duì)發(fā)酵飲食干預(yù)組的腸道微生物以及宿主免疫系統(tǒng)反應(yīng)進(jìn)行了相似的分析。結(jié)果顯示，發(fā)酵類飲食干預(yù)能夠顯著降低宿主炎癥反應(yīng)水平，19 種細(xì)胞因子均存在明顯下調(diào)，其中最為顯著的是 IL-6。CD4+，CD8+ T 細(xì)胞，B 細(xì)胞以及單核細(xì)胞的水平也有明顯下降。研究總結(jié)隨著社會(huì)的發(fā)展，越來越多的人習(xí)慣采用西式飲食方式，而這種高度加工的飲食方式是導(dǎo)致慢性消化道疾病迅速蔓延的重要因素。此外，研究表明許多消化道疾病都是由慢性炎癥驅(qū)動(dòng)的，而腸道微生物群在調(diào)節(jié)腸道局部免疫狀態(tài)中具有不可或缺的作用。在這項(xiàng)研究中，作者使用隨機(jī)、前瞻性飲食干預(yù)模型來評(píng)估已知與腸道微生物相互作用的兩種飲食模式，即高纖維和發(fā)酵食品，如何影響人類微生物組和免疫系統(tǒng)。使用針對(duì)微生物組和宿主的多組學(xué)測(cè)量手段，包括最先進(jìn)的測(cè)序和免疫分析技術(shù)，我們發(fā)現(xiàn)高纖維和高發(fā)酵食品以不同的方式影響微生物組和人類生物學(xué)特征。其中一個(gè)明顯區(qū)別是它們對(duì)腸道微生物群多樣性的影響?？傊?，本文的發(fā)現(xiàn)強(qiáng)調(diào)了將飲食干預(yù)與深度和縱向免疫，以及微生物組分析相結(jié)合如何提供個(gè)性化和全人群的洞察力。此外，攝入發(fā)酵食品可能是有助于對(duì)抗工業(yè)化社會(huì)普遍存在的人體腸道微生物組多樣性下降和炎癥增加的有效手段。題圖來源：圖蟲創(chuàng)意參考文獻(xiàn)：
Gut-microbiota-targeted diets modulate human immune status. Cell, 2021; DOI: 10.1016/j.cell.2021.06.019

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網(wǎng)址: 高纖維植物飲食 vs. 發(fā)酵食物飲食，哪種飲食方式更健康？Cell 最新研究告訴你答案 http://m.u1s5d6.cn/newsview382808.html