中华预防医学杂志    2018年02期 肠道菌群与膳食及营养相关疾病的关系    PDF     文章点击量:944    
中华预防医学杂志2018年02期
中华医学会主办。
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王茂清 李颖 孙长颢
WangMaoqing,LiYing,SunChanghao
肠道菌群与膳食及营养相关疾病的关系
The relationship between gut microbiota and diet and nutrition related diseases
中华预防医学杂志, 2018,52(2)
http://dx.doi.org/10.3760/cma.j.issn.0253-9624.2018.02.016

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投稿日期: 2017-03-08
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肠道菌群与膳食及营养相关疾病的关系
王茂清 李颖 孙长颢     
王茂清 150081 哈尔滨,黑龙江省哈尔滨医科大学公共卫生学院
李颖 150081 哈尔滨,黑龙江省哈尔滨医科大学公共卫生学院
孙长颢 150081 哈尔滨,黑龙江省哈尔滨医科大学公共卫生学院
摘要: 肠道是肠道菌群的聚集地,更是机体获取营养的最主要场所。因此,肠道菌群与营养及营养相关疾病之间必定存在着密不可分的关系。肠道菌群常用的研究方法包括宏基因组学、宏转录组学、宏蛋白质组学和代谢组学。基于各种组学技术的肠道菌群研究证实膳食是影响肠道菌群组成和表达的主要因素;肠道菌群的比例、数量、稳定状态及其代谢产物的变化与肥胖、糖尿病、心血管疾病等多种营养相关疾病密切相关。通过膳食干预改变肠道微生物的种类和活性表达,能够实现预防和治疗肥胖、糖尿病、冠心病等营养相关疾病的目的。尽管,上述单一组学方法能研究肠道菌群的某一方面的问题,但是为了达到上述目的,需要多组学联合进一步了解肠道菌群与人类营养和健康之间的关系。
关键词 :肠道营养;膳食;肠道菌群;营养相关疾病
The relationship between gut microbiota and diet and nutrition related diseases
WangMaoqing,LiYing,SunChanghao     
School of Public Health, Harbin Medical University, Harbin 150081, China
Corresponding author: Sun Changhao, Email: sunchanghao2002@163.com
Abstract:The human gastro-intestinal tract is not only the habitat of gut microbiota, but also the main place that the body gets available nutrients. Therefore, the gut microbiota of human can be inseparable associated with the human nutrition. The common technologies used among gut microbiota research included metageonomic, metatranscriptomics, metaproteomics, and metabolomics. The research of gut microbiota based on above omics methods confirmed that diets were the main factors influencing the composition and expression of gut microbiota. The proportion, quantity, stable state, and metabolic changes of gut microbiota were closely related to obesity, diabetes mellitus, cardiovascular disease, and other nutritional-related diseases. Reasonable dietary intervention can adjust the disorders of gut microbiota, which can achieve prevention and treatment of obesity, diabetes, cardiovascular diseases, and other nutritional-related diseases. Although the single omics methods can be used to study the problems of some aspects of gut microbiota, the combination of multi-omics is needed to achieve the above objectives.
Key words :Enteral nutrition;Diet;Gut microbiota Nutrition related diseases
全文

人类消化道中存在大量的微生物,被统称为肠道微生物组,通常称为肠道菌群。营养是机体摄取食物,经过消化、吸收、代谢和排泄,利用食物中的营养素和其他对身体有益的成分满足自身生理需要的过程。从营养的概念可知,肠道是机体获得营养的主要场所,因此,肠道菌群与人体营养之间必定存在密不可分的关系。
        肠道菌群的组成和活动,从宿主出生开始主要受宿主基因、营养和生活方式的影响,并与宿主共同存在和发展的。肠道菌群不仅参与一些营养素的消化、吸收和合成,例如利用蛋白质残渣合成必需氨基酸、苯丙氨酸和苏氨酸等;也参与宿主多个代谢通路,进而影响宿主的身体健康。因此,详细了解肠道菌群与人体营养和健康相互关系和作用,是将来合理调整肠道菌群,并针对性地提出膳食干预的必要条件[1,2]

一、研究肠道菌群常用的技术方法  目前研究肠道菌群的主要研究方法有:宏基因组学、宏转录组学、宏蛋白质组学和代谢组学。
        宏基因组学利用高通量测序技术对环境样品中全部微生物的基因组进行测定,对微生物群体的基因组成及功能注释,微生物物种分类,多样性分析以及物种间的代谢网络研究,探索微生物与环境及宿主之间的关系等[3,4]。宏转录组学主要研究活跃菌以及高表达基因的组成情况,揭示特定环境因子影响下菌种的适应性以及基因表达可能的调控机制、环境微生物群落动态结构与功能的研究。
        宏蛋白质组学是用蛋白质组学技术对微生物群落表达的蛋白进行研究,在特定的时间对微生物群落的所有蛋白质的组成进行鉴定,弥补了宏基因组学和宏转录组学不能揭示复杂环境条件下环境微生物基因特异性表达、蛋白翻译后修饰及其功能等弊端,对进一步了解肠道菌群的具体功能十分重要。
        代谢组学是对生物体内相对分子质量1 000以内的小分子代谢物进行分析,从整体层面上寻找代谢物与生理病理变化的相对关系,它是以组群指标分析为基础,以高通量检测和数据处理为手段,筛选组间差异代谢产物,并尝试区分和探索组间差异的原因[5,6,7]。粪便代谢物是肠道菌群和宿主共同代谢的产物,不仅可以反应肠道菌群的状态,而且还能比较宿主肠道菌群组成变化与宿主代谢特征变化的关系,对解析宿主健康与肠道菌群之间的关系有着重要意义[8]
        通过基因测序可以判断出某一样本中微生物的具体种类和遗传潜力,但不能了解其功能;mRNA能在一定水平上反映蛋白表达的水平,反应肠道菌群的功能表达。但事实上,mRNA丰度与蛋白质丰度的相关性并不好,并不是所有的转录都能表达成蛋白。另外,蛋白质复杂的翻译后修饰、蛋白质的亚细胞定位或迁移、蛋白质-蛋白质相互作用等也无法从mRNA水平来判断。蛋白质是生理功能的执行者,是生命现象的直接体现者,对蛋白质结构和功能的研究将直接阐明菌群在生理或病理条件下的变化机制。基因组学和蛋白质组学分别从基因和蛋白质层面探寻生命的活动,而实际上细胞内许多生命活动是发生在代谢物层面的,如细胞信号释放、能量传递、细胞间通信等都是受代谢物调控的。因此,要想搞清楚一种微生物在特定环境下究竟能干什么,就需要肠道代谢组学发挥作用。
        综上所述,基因与蛋白质的表达紧密相连,而代谢物则更多地反映了微生物所处的环境,这又与宿主的营养状态、健康状态、药物和环境污染物的作用,以及其他外界因素的影响密切相关。所以,宏基因组学、宏转录组学、宏蛋白质组学和代谢组学等技术在肠道微生物菌群方面的多组学联合,有助于进一步了解和认识肠道菌群与人类营养和健康之间的关系。目前,有关肠道菌群的研究主要是采用宏基因组学的方法,有关其他三种组学的研究还比较少,因此,多组学的联合应用必将是未来肠道菌群研究的趋势和热点。

二、肠道菌群与膳食  许多外在的和内在的因素都可导致肠道菌群组成的变化,例如宿主基因型[9,10]、饮食、性别等[11]。目前根据研究所知,膳食和基因是对肠道菌群影响最大的外在因素和内在因素。但是个体肠道菌群之间的差异主要是宿主基因型决定的,还是由受到膳食决定的,存在一定的争议。
        Carmody等[12]选用5种不同近交系小鼠、4种转基因小鼠和多样性远交群小鼠系统性分析饮食摄取和宿主基因型对肠道菌群的影响,发现饮食对肠道菌群的影响可能掩盖了因基因型不同而导致的本已存在的差异。Zhang等[13]发现同样基因型的小鼠,植物饲料和高脂饲料喂养时,菌群结构相差约60%;而不同基因型的小鼠喂养同样的饲料,菌群结构的差异远小于60%,仅为12%。以上结果说明,饮食结构与肠道菌群组成关系密切的,饮食结构可以导致肠道菌群的变化,且与宿主基因型相比,在肠道菌群多样性方面起着主导性的作用。
        通过对肠道菌群宏基因组测序发现膳食长期以蛋白质和脂肪为主的人,肠道菌群以拟杆菌属为主;而以糖类为主要膳食成分的人,普氏菌占主导地位。哈佛大学研究者对11名志愿者进行不同的饮食干预并采集干预时期的粪便,进行肠道微生物组研究,发现以动物性食物为主食物可以增加耐胆汁酸的微生物的数量,而降低厚壁菌属(代谢植物多糖为主的微生物)的水平[14]。Schnorr等[15]采用16 S rDNA技术对现代狩猎采集群体(坦桑尼亚的哈扎人)的肠道菌群开展了研究,发现哈扎人比与城市生活意大利人具有更多的细菌物种。
        由上可知,膳食摄入和饮食习惯可改变肠道菌群的结构和活性。但是,肠道菌群与短期、长期膳食改变有何关系,目前还不清楚。改变膳食模式,例如由植物为主向动物为主的膳食改变,可在1天内改变肠道菌群的数量及基因表达种类,4~5天肠道副产物也发生改变,且这种变化具有一致性和可逆性[14,16],肠道菌群的变化对饮食的应答呈现明显的剂量依赖关系[12]。有研究发现低膳食纤维饮食降低肠道菌群微生物多样性,短期的肠道菌群多样性的改变,给予富含膳食纤维的食物可以逆转和恢复正常[17]。给予超重者至少6周的低脂饮食,肠道菌群数量和多样性明显增加[16]
        膳食短期变化导致的肠道菌群改变,恢复膳食之后,能够逆转或复原,但是长期的某一饮食习惯,对肠道菌群的改变,是否可逆?一项有关营养不良儿童肠道菌群的研究发现,营养不良儿童与同龄正常儿童相比,微生物种类少,丰度不足;营养补充虽然可以改善营养不良儿童的体重和营养水平,但并不能完全逆转肠道菌群的改变[18]。另外一项研究发现母猕猴怀孕期间高脂饮食会影响子代猕猴的肠道菌群;子代猕猴断乳后的低脂饮食并不能完全恢复上述菌群改变[19]。如果小鼠的后代多代给予低膳食纤维食物,会对小鼠的肠道菌群造成不可逆的破坏,仅给予富含膳食纤维的饮食并不能恢复其菌群的原本状态。必须移植失去的微生物群体,加上摄入富含膳食纤维的食物,才能恢复肠道菌群的初始多样性[17]。因此,我们推断长期的膳食改变对肠道菌群造成的损伤是长期持续且不可逆的。
        综上所述,膳食是影响肠道菌群组成和改变肠道菌群表达的主要因素[20],不同膳食习惯及营养物质的摄入不同导致肠道菌群组成和结构而存在较大差异。肠道菌群对膳食的改变非常敏感,短期膳食改变导致肠道菌群的变化是可逆的,长期膳食改变导致的肠道菌群的改变比较稳定难以恢复,甚至是不可逆的。
        饮食中营养素的种类、数量及平衡状态会影响宿主肠道微生物的组成和数量;反过来,肠道菌群的比例、数量、稳定状态及其代谢产物也会影响宿主的健康[21]。虽然目前有关膳食与肠道菌群的研究比较多,但是主要集中在研究不同膳食结构或饮食与肠道菌群之间的关系,缺少进一步研究某一种营养素或单一营养素与之对应肠道菌群之间的关系。如果我们知道某一膳食模式或营养素,如高脂、低钙等,与之对应的肠道菌群种类和含量的变化,我们就可以通过检测肠道菌群的种类和含量,进而推测一个人的饮食习惯和模式,进而准确定量膳食摄入量,从而准确了解营养素与机体健康的关系和进行个体化的营养干预。

三、肠道菌群与营养相关疾病  近期的多项研究表明,肠道菌群不仅与某些肠道疾病密切相关,其结构和功能失衡也可能与肥胖、糖尿病、心血管疾病等多种营养相关疾病密切相关[22,23,24]

(一)肠道菌群与肥胖  肠道微生物的种类和丰度与肥胖密切相关。例如,若长期进食高脂、高糖食物,可造成肠道菌群中条件致病菌比例增加、共生菌比例下降,从而使得食物中摄取的能量更容易转化为脂肪累积于皮下,造成肥胖[21,25]。与消瘦者相比,肥胖者肠道菌群的拟杆菌属水平较低,低能量膳食体重降低后,该菌属比例上升,证实肠道菌群比例与肥胖有关,且能通过饮食进行调节[26]。微生物多样性低与肥胖相关,超重者给予低脂膳食干预,体内肠道菌群数量和多样性会显著增加[16]。肥胖小鼠肠道中拟杆菌属细菌的丰度下降,厚壁菌属比例升高[27]。若将肥胖小鼠的肠道菌群移植至野生型无菌小鼠体内,会增加后者从食物中摄取的能量而引起肥胖,人体的研究结果与动物实验一致[28]。Fei与Zhao[29]发现阴沟肠杆菌在肥胖患者比例很高,如果把从肥胖患者肠道中分离得到的阴沟肠杆菌B29,重新接种于无菌小鼠后,发现这种细菌可以产生内毒素,引起小鼠的肥胖和糖尿病症状,首次证明肠道细菌与肥胖之间具有直接因果关系。
        虽然通过宏基因组学和菌群多样性分析证明肠道菌群的结构和比例与肥胖有关,但并不能清楚知道肠道菌群是如何导致肥胖的。目前,研究发现肠道菌群导致肥胖可能主要有以下3个方面的机制。

1.肠道菌群增加宿主能量摄入和调节脂肪存储:  常规饲养小鼠比无菌小鼠消耗较少的食物,但却比无菌小鼠高出40%的身体脂肪含量,将常规小鼠的菌群移植到无菌小鼠,不增加膳食摄入量和能量摄入的情况下,能增加60%的身体脂肪。这可能是由于肠道菌群中的拟杆菌具有一系列多糖消化的酶,如糖苷水解酶发酵食物中宿主自身不能消化的多糖,将其转化为单糖和代谢终产物短链脂肪酸,提高宿主吸收能量的能力,增加脂肪含量,导致肥胖[25]
        除了增加能量的吸收外,B?ckhed等[30]发现肠道菌群可以直接调控动物的脂肪合成与存储相关基因的表达,促使脂肪合成和存储,最终导致肥胖。另外,他们又发现无菌动物即使吃高脂饲料也不会肥胖,证实肠道菌群是动物肥胖发生的必需条件。

2.肠道菌群引起的慢性炎症:  2007年法国与英国等科学家发现肥胖者体内的慢性炎症是肠道菌群结构失调引起的[31]。高脂喂养小鼠,发现高脂膳食破坏肠道菌群结构,导致体内产内毒素的肠道菌群数量增多,体内内毒素增加,引起代谢性内毒素血症,然后通过LPS/CD14信号通路引起慢性系统性炎症,导致肥胖、胰岛素抵抗[32]。如果把提纯的内毒素注射给吃正常饲料的正常小鼠会出现慢性炎症和胰岛素抵抗,明显发胖。如果把内毒素注射给CD14敲除鼠,这些小鼠不能产生炎性反应,不会产生胰岛素抵抗和肥胖。

3.增加和降低食欲:  Perry等[33]给予小鼠高热食物干预,高热量食物降解之后进入肠道,在肠道微生物的作用下产生大量醋酸盐,经肠道吸收进入大脑的醋酸盐会激活副交感神经系统,进而刺激胰岛分泌胰岛素,细胞启动储存能量的程序;同时,副交感神经刺激胃释放胃泌素和饥饿素,饥饿感随之而来,增加食物的摄入。长此以往,肠道微生物失衡的小鼠食量越来越大,开始变得肥胖,继而出现胰岛素抵抗。将其排泄物转移到另一组正常小鼠后,观察到肠道菌群、乙酸水平和胰岛素有类似的变化,进而证明肠道菌群在肠道产生大量醋酸盐,刺激大鼠进食导致肥胖。相反,Breton等[34]发现小鼠肠道里的大肠杆菌K12,随着小鼠进食的增多,K12在肠道中不断增多,当达到顶峰时,K12开始释放一些特殊的蛋白(例如ClpB蛋白),参与到肠道-大脑信号通路中,促进肠道细胞分泌多肽YY和胰高血糖素样肽-1,刺激大脑内神经细胞减轻饥饿感,并让小鼠产生"饱腹感",进而停止摄食。由以上研究可知,在动物肠道内既存在导致"饥饿感"的微生物,又存在导致"饱腹感"的微生物。
        综上所述,可知肠道菌群结构和比例的变化可能不是导致肥胖的主要原因或唯一原因,而是由于其中一些参与能量吸收的、脂肪贮存的、内毒素分泌的、增加食欲的菌属丰度增加,其他有益菌丰度降低,导致机体能量增多、脂肪堆积、慢性炎症和食欲增加,最终导致体重增加和肥胖。

(二)肠道菌群与糖尿病  通过对345名中国受试者的肠道微生物DNA进行了两阶段宏基因组关联分析,发现2型糖尿病患者具有中等程度的肠道微生态紊乱,产丁酸细菌种类缺失而各种条件致病菌增加。通过比较145位糖尿病患者和正常志愿者的肠道菌群宏基因组,同样发现了2型糖尿病患者差异肠道微生物,糖尿病可能与肠道菌群紊乱有关[24]

(三)肠道菌群与心血管疾病  长期以来胆碱和卵磷脂被认为对人体有十分重要的作用。但是大量的人群研究证实卵磷脂、红肉、L-左旋肉碱、胆固醇、蛋黄等高胆碱类物质与患心血管疾病高风险性密切相关,但不清楚其致病的具体机制。
        为了解决以上问题,Wang等[35]通过一系列实验发现肠道菌群在高胆碱类物质致心血管疾病方面起着决定性的作用。最初,他们通过代谢组学实验发现了卵磷脂的3个代谢产物(胆碱、氧化三甲胺和甜菜碱)可以预测心血管疾病的发病危险性。给小鼠膳食补充以上3种物质,发现胆碱和氧化三甲胺能诱导小鼠动脉粥状硬化,而无菌小鼠实验验证肠道菌群在膳食胆固醇合成氧化三甲胺过程中起着关键作用。通过抗菌治疗心血管疾病易感鼠的肠道菌群,可以显著地抑制膳食胆固醇诱导的动脉粥状硬化。进一步的人群实验同样发现抑制肠道菌群,可降低血清氧化三甲胺水平,说明肠道菌群参与人体内磷脂酰胆碱的代谢和氧化三甲胺的生成[36]。以上研究证实,卵磷脂、胆碱和L-左旋肉碱等高胆碱类食物能被大肠内的细菌代谢产生三甲胺,三甲胺被肠道吸收后在肝脏内被代谢成能促进动脉硬化的氧化三甲胺,从而促进动脉粥状硬化的进展和增加心血管疾病的危险性[37]。后来,他们发现胆碱化学结构类似物3,3-二甲基-1-丁醇能降低食用添加有胆碱饲料的小鼠血中的氧化三甲胺浓度,从而降低胆碱对动脉粥样硬化的促进效应,并且没有毒副作用。一些冷压特级初榨橄榄油、香醋和葡萄籽油天然就富含3,3-二甲基-1-丁醇,这也就可以解释,为什么地中海饮食、喝葡萄酒者具有较低的心血管疾病发生率[38]。红酒中含有一种称为白藜芦醇的化合物,我国学者发现白藜芦醇可以增加小鼠肠道中拟杆菌门/厚壁菌门的比例,抑制普雷沃菌属的生长,增加拟杆菌、乳酸杆菌、双歧杆菌和Akkermansia菌群的数量,通过肠道菌群的改变抑制三甲胺的生成,进而降低氧化三甲胺的水平,降低心血管疾病的发病风险[39]
        以上研究,详细了解和探索膳食-微生物-宿主疾病之间的相互作用,为了解其他膳食相关营养性疾病的发病机制和原因提供了一个很好的研究范例,推动和加深对营养相关疾病的进一步了解。但是,上述研究不清楚是哪种细菌合成三甲胺,如果知道是哪种细菌,可以针对这类细菌,进行一系列膳食干预或医学调整,防止三甲胺的合成,降低心血管疾病的危险性。

四、肠道菌群与膳食干预  膳食结构不仅是决定肠道菌群组成的最重要因素,并能影响其代谢产物;肠道菌群与许多疾病密切相关。改变人自身基因治疗和预防极其困难,但通过膳食干预改变肠道微生物的种类和活性表达,从而实现预防和治疗肥胖、糖尿病、冠心病等疾病的目的,相对比较简单并且可以实现的。
        利用膳食干预调整肠道菌群,达到预防和治疗疾病目的前,我们必须要了解什么是健康的肠道菌群。但是,目前有关正常肠道菌群的概念,还没有达成共识。肠道菌群作为宿主密不可分的一部分,因此,我们认为定义健康肠道菌群的概念,必须与人体健康的概念链接起来,不能脱离健康的人体来讨论健康肠道菌群的定义。正常健康的肠道菌群与人体健康一样,应该是一个良好的动态过程,而不是一个静止的点。例如,不同生长发育阶段的人,其身体新陈代谢是不一样的,肠道菌群同样也随着宿主年龄的变化而动态变化的,不同年龄段其健康肠道菌群的构成应该也是不一样的。综述目前大量有关肠道菌群的研究,发现健康肠道菌群的组成越丰富多样,人体的健康状况就越好。因此,我们必须重新认识肠道菌群与健康的关系,细菌的遗传多样性和复杂性可能是肠道微生物健康和稳定性的最重要标准,而不仅局限于那几种或几类肠道菌群,可能需要把肠道菌群所有菌群当成一个整体,来分析与健康之间的关系。那么,我们应如何维持和获得正常健康的肠道菌群或者哪些因素对肠道菌群的健康有影响呢?

(一)膳食纤维与肠道菌群  膳食纤维能防止便秘、预防结肠和直肠癌等。但是,最近研究表明,膳食纤维对维持正常的肠道菌群多样性方面起着同等的重要作用。
        用低膳食纤维食物喂养小鼠,其肠道菌群多样性下降,但给予富含膳食纤维的食物后,肠道菌群的变化可以得到较好的逆转[17]。肠道菌群具有高效的水解利用体内多糖的能力,碳水化合物(主要是膳食纤维)在肠道经肠道菌群发酵消化后,生成大量的短链脂肪酸,如丙酸、乙酸和丁酸等,是其主要的碳源和能量来源。同时,短链脂肪酸的量和种类对降低肠道pH值和维持肠道菌群的多样性十分重要[16, 40,41,42]。非淀粉类多糖,简单的单糖和低聚糖,多酚类、儿茶酚、木质素、鞣酸类[43],以及菊粉和其他的膳食纤维类型[22]等经发酵后,同样生成短链脂肪酸,起到滋养肠道菌群,增加肠道菌群种类和活性的作用。如果膳食中缺乏膳食纤维,肠道中有益菌没有能量来源,会转而吸收宿主肠黏膜,导致肠黏膜变薄,宿主失去保护,病原体易侵入,进而引起疾病[44]。肠道菌群的多样性与摄入碳水化合物的多样性和肠道短链脂肪酸的高合成量是一致的[45]。跟踪完全素食者6个月或高膳食纤维低脂膳食10天,发现增多的糖苷水解酶对高摄入的碳水化合物进行水解,增加了肠道短链脂肪酸的含量和肠道菌群的多样性[16,46]
        由此可知,膳食纤维是肠道菌群的结构和功能的调控者,也是主要供能物质,对肠道菌群的健康起着重要作用。

(二)食物多样性与肠道菌群  除了膳食纤维等多糖和单糖外,尤其是蔬菜和水果等膳食种类的多样性,对维持和滋养肠道菌群的多样性也很重要[47]。荷兰格罗宁根大学的基于多组学技术的深度分子表型的生命线队列研究(Life Lines-DEEP Project)和比利时鲁汶大学的弗兰德肠道菌群计划(Flemish Gut Flora Project)两个大型的人体肠道微生物研究,发现膳食多样性与肠道菌群的多样性,肠道菌群多样性与机体健康之间存在着良好的相关,膳食种类越丰富,肠道菌群多样性越高机体越健康[48,49]。研究结果发现对于大多数人而言,水果、蔬菜、咖啡、绿茶、酸奶和红酒对保持肠道微生物多样性是有利的;高脂、高糖食物和全脂牛奶则不利于肠道微生物的平衡发展。以上结果显示对维持肠道菌群多样性有益的膳食,与膳食指南推荐的饮食结构非常符合。

(三)疾病膳食干预与肠道菌群  食物多样,谷物为主,多吃水果,低糖、低脂,均衡膳食不仅提供给我们机体需要的各种营养素,维持机体营养状态,而且对维持健康正常的肠道菌群同样重要。
        对营养性相关疾病来说,其对应的肠道菌群结构和组成必定发生了改变。因此,我们如果知道哪些肠道菌群与疾病相关;了解与之对应的膳食模式是否与对应的肠道菌群的结构变化相关。如果有关,可以通过对应调整膳食结构,干预肠道菌群,使之结构恢复正常,达到预防和治疗疾病的目的。但是,近期一项关于血糖的大规模研究发现,食用同一种食物,不同的人餐后血糖存在巨大差异,每个人对不同的食物的代谢吸收模式可能完全不同,并不能根据食物本身确定生糖指数[50],可能是由于肠道菌群与食物生糖指数密切相关。以上研究提示我们,不同个体其对应的肠道菌群组成是不同的,对不同食物的反应是不同的。因此,疾病的膳食干预需要分析个体摄入每种食物对应的自身肠道微生物的变化,结合自身的肠道菌群组成形成个性化的饮食和营养干预方案,调节肠道菌群改善和维持个体健康。

五、肠道菌群对营养学发展的意义及其挑战和展望  

(一)对营养学发展的意义  肠道菌群与膳食及营养相关疾病密切相关,不仅能帮助我们详细了解膳食与肠道菌群种类和结构对应的关系,有利于了解营养素在体内如何消化吸收和利用,而且对我们了解肠道菌群与营养相关疾病的关系,发病和预防,进行个体化膳食干预,维护正常肠道菌群和人体健康同样十分重要[2]

(二)挑战与展望  

1.肠道菌群组成与膳食之间的对应关系还不明确:  虽然现在有关肠道菌群与膳食之间的研究有很多,但是具体某种营养素与之对应的肠道菌群的改变还不清楚,目前只有1篇文章明确了单一维生素A缺乏与普通拟杆菌(Bacteroides vulgatus)有关。所以,为了更好了解膳食与肠道菌群之间的关系,应该建立每一种膳食与之对应肠道菌群变化的数据库。如果知道每种营养素对应的肠道菌群的变化,我们可根据其变化,进而对摄入的营养素进行评估。即使,我们了解营养素与肠道菌群之间的对应关系,但是还不清楚每个细菌具体的功能是什么,如何参与和影响各个营养素的吸收代谢,对机体有何影响。

2.营养素与肠道菌群之间的因果关系:  我们目前还不清楚,膳食改变导致肠道菌群的变化,还是肠道菌群的变化,导致机体对某类膳食的特殊偏好,进而形成某种膳食习惯。

3.肠道菌群与多种营养相关疾病密切相关:  人体肠道菌群复杂多样,虽然已经证实了肠道菌群与肥胖、心血管疾病之间的关系,但是与人体健康相关的具体菌种及发挥作用的机制及因果关系还没解开。
        了解营养素与肠道菌群之间的关系,以及营养相关疾病的关系,我们就可能知道和明白,什么是正常的健康肠道菌群,每个肠道微生物的功能和作用,哪些菌群对人体健康有益,哪些有害;进而通过膳食干预来维护正常的肠道菌群,达到机体健康的目的。不仅可增加对肠道菌群的认识,同时对膳食与肠道菌群相互作用的理解也会更加透彻。为了解决以上问题,依靠单一的组学技术不能解决这一问题,而应联合利用多组学技术,并与其他生物技术、菌群分离培养技术和临床验证结合,研究人体肠道菌群与膳食及营养相关疾病的详细关系。

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