《Frontiers in Nutrition》：Nutrition and the gut microbiome: a symbiotic dialogue influencing health and disease
编辑推荐：
这篇前沿综述深入探讨了饮食与肠道菌群的复杂互作。文章阐明，不同膳食模式如何塑造菌群，进而影响短链脂肪酸(SCFAs)、血清素和GABA等关键代谢物的产生，通过“肠-X轴”（如肠-脑轴、肠-免疫轴）广泛调控宿主生理。作者批判性地评估了当前宏基因组学研究的方法学局限，并前瞻性地提出了一个用于预测宿主-微生物相互作用及其病理意义的整合性系统框架，为未来精准营养和疾病干预策略指明了方向。
引言
人类胃肠道是一个庞大的微生物栖息地，其中定植着数以万亿计的微生物细胞，统称为肠道微生物组。这个复杂的生态系统通过与宿主共同进化，建立了一种精密的共生关系，在维持宿主健康与调节众多生理过程中扮演着关键角色。肠道微生物组蕴含的基因数量远超人类基因组，且个体间差异巨大，而饮食则是塑造其组成、功能与多样性的决定性力量之一。理解饮食、肠道菌群及其代谢产物之间的相互作用如何影响健康与疾病，是本综述的核心议题。
膳食来源对肠道微生物组的影响
饮食成分
碳水化合物：不可消化的膳食纤维和抗性多糖是肠道微生物发酵生成短链脂肪酸(SCFAs)的主要底物。其中，乙酸(C2)、丙酸(C3)和丁酸(C4)最为丰富。这些SCFAs在能量代谢、维持肠道屏障完整性、调节免疫细胞发育和抗炎等方面发挥关键作用。例如，富含全谷物和麦麸的饮食与双歧杆菌和乳杆菌的增加有关。同时，研究也发现，结直肠腺瘤患者的罗斯氏菌和优杆菌水平较低。
蛋白质：蛋白质摄入总量与总体微生物多样性呈正相关。乳清蛋白和豌豆蛋白提取物被证明可以增加双歧杆菌和乳杆菌等有益菌的数量。相反，动物性蛋白质的摄入会增加拟杆菌、另枝菌属和嗜胆菌属等耐胆汁厌氧菌的数量。动物蛋白的过量摄入还与三甲胺-N-氧化物(TMAO)水平升高相关，后者是促动脉粥样硬化的物质。此外，色氨酸是血清素(5-HT)的前体，而人体大部分血清素由肠道细菌产生，乳杆菌和链球菌可以直接利用色氨酸合成酶产生血清素。
脂质：高饱和脂肪和反式脂肪的饮食可能增加心血管疾病风险。研究表明，低脂饮食可增加粪便中双歧杆菌的数量，而高饱和脂肪饮食则会增加普拉梭菌的数量。高脂肪饮食已被证明会降低拟杆菌属物种、直肠优杆菌和粪球菌的浓度。
益生菌：富含益生菌的食物（如酸奶）通过其免疫调节特性（如激活抗炎细胞因子IL-10和IL-12）以及对现有肠道菌群的影响，有助于维持肠道健康。临床试验证实，补充含有双歧杆菌、乳杆菌和链球菌的益生菌，可以显著增加这些有益菌的丰度，并改善血脂谱和胰岛素敏感性。
多酚：膳食多酚具有抗氧化特性。适量摄入红酒多酚（需谨慎权衡酒精风险）可以增加双歧杆菌等有益菌群。水果和茶中的多酚成分对金黄色葡萄球菌、沙门氏菌等致病菌有抑制作用，并可减少梭状芽孢杆菌等有害菌的数量。
饮食习惯
植物性饮食：高纤维摄入支持有益微生物的生长和SCFAs的产生。纯素和素食者的肠道菌群特征通常富含能够分解SCFAs的细菌，如毛螺菌科、丁酸球菌属和罗斯氏菌。
地中海饮食：其特征是脂肪酸构成健康，富含多不饱和和单不不饱和脂肪酸、高纤维摄入以及相对较高的植物蛋白比例。坚持地中海饮食与粪便中SCFAs、普雷沃氏菌和厚壁菌门水平的升高相关，而与心血管风险标志物TMAO水平降低相关。
肉类饮食：肉类为主的饮食会减少双歧杆菌和优杆菌属等有益共生菌。西方高热量高脂肪饮食中可能含有的杂环胺(HCAs)、多环芳烃(PAHs)和乳化剂可能增加结直肠癌风险。
加工食品：加工食品会减少肠道微生物多样性，降低有益菌。例如，已知有助于体重管理和改善胰岛素敏感性的嗜粘蛋白阿克曼菌在食用大量加工食品的个体中丰度较低。加工食品中的合成添加剂和乳化剂会改变菌群，促进促炎环境，可能导致“肠漏”和全身性炎症。
肠道微生物组相关疾病
肠道微生物组通过其代谢活动和免疫调节功能，与身体多个器官建立复杂的相互作用网络，形成了诸如肠-脑轴、肠-肺轴、肠-肝轴、肠-心脏轴等生理轴。这些通路在维持系统健康方面至关重要，而菌群失衡则与多种疾病的发病机制相关。
肠-免疫轴：肠道菌群通过SCFAs等代谢物在宿主免疫系统的发育和调节中发挥关键作用。例如，梭状芽孢杆菌属物种可以促进调节性T细胞(Tregs)的产生。在类风湿关节炎(RA)患者中，观察到放线菌门水平降低，而乳酸杆菌物种相对富集。
肠-脑轴：肠道菌群从婴儿期开始影响神经发育过程，包括血脑屏障(BBB)的形成、神经发生和小胶质细胞的成熟。肠道细菌产生的神经递质如γ-氨基丁酸(GABA)和血清素对神经功能至关重要。研究表明，广泛性焦虑症(GAD)患者的菌群中，产生SCFAs的关键菌门厚壁菌门水平降低，而梭杆菌门和拟杆菌门水平升高。在自闭症谱系障碍(ASD)儿童中，放线菌门和变形菌门的丰度增加。
神经退行性疾病：肠道菌群失调可通过增加脂多糖(LPS)、促炎细胞因子等途径，导致肠道和血脑屏障通透性增加，从而与多发性硬化症(MS)、阿尔茨海默病(AD)和帕金森病(PD)等疾病相关。例如，PD患者中疣微菌科和嗜粘蛋白阿克曼菌的相对丰度较高，而普雷沃氏菌科则较低。
肠-胰腺轴：肠道菌群与肥胖和2型糖尿病(T2DM)密切相关。肥胖与某些厚壁菌门、根瘤菌、乳球菌和梭状芽孢杆菌物种的富集有关。T2DM患者肠道菌群失调，机会性病原体（如某些梭状芽孢杆菌）增加，而丁酸盐产生菌（如普拉梭菌和罗斯氏菌）则减少。
肠-肝轴：在非酒精性脂肪肝病(NAFLD)患者中，观察到振荡螺旋菌属水平降低。在乙型肝炎病毒相关肝硬化(HBV-LC)患者中，拟杆菌属、普雷沃氏菌属、埃希氏菌属等富集，而双歧杆菌属、普拉梭菌属等减少。
肠-心脏轴：冠心病(CAD)患者的肠道菌群组成显著不同，拟杆菌门丰度较低，厚壁菌门更丰富。TMAO是与动脉粥样硬化和心血管风险相关的重要代谢物。心力衰竭患者肠道中致病菌如弯曲杆菌、沙门氏菌等增加。
肠-癌轴：肠道微生物失衡导致的慢性炎症可能引发肿瘤。在结直肠癌(CRC)的发展中，具核梭杆菌、脆弱拟杆菌和厌氧消化链球菌是关键贡献者。研究表明，富含膳食纤维和全谷物的饮食与具核梭杆菌阳性癌症的发病率降低有关，提示肠道菌群可能在食物与结直肠癌的相互作用中起关键介导作用。
胃肠道疾病：在炎症性肠病(IBD)患者中，厚壁菌门和变形菌门显著减少，特别是普拉梭菌。肠易激综合征(IBS)患者中，瘤胃球菌属和毛螺菌科物种丰度显著更高。
肠-肺轴：肠道菌群可能通过激活IL-17和Nod2等途径，增强肺部粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子(GM-CSF)的产生，从而保护宿主免受肺炎链球菌等呼吸道感染。早期定植拟杆菌（包括脆弱拟杆菌）可能是日后哮喘的先兆。
讨论与结论
过去十年的研究充分证实了肠道微生物组及其代谢产物，连同膳食输入，对人类健康和疾病状态的深远影响。然而，当前研究仍受限于方法学和分析的不足。16S rDNA测序方法存在固有局限，无法在种水平进行精确分辨。相比之下，全基因组宏基因组测序提供了全面的物种和菌株水平信息，对于捕捉影响人类健康的细微微生物变化和功能通路至关重要。
未来，需要采用整合基因组学、蛋白质组学、转录组学和代谢组学数据的网络分析，以实现对饮食-菌群-血清代谢物相互作用的系统水平理解。此外，除了细菌，将研究范围扩展到病毒、真菌、古菌和原生生物将提供更全面的微生物生态学视角。宿主遗传因素（如多态性和表观遗传修饰）也被认为是微生物组组成和活性的调节因素。
最终，这一概念框架认为，膳食模式调节肠道微生物组，后者作为一个动态生物反应器，通过微生物代谢产生信号分子，表现为血清代谢物。这个“饮食-微生物组-代谢组”轴构成了人类生理学的核心枢纽，对精准营养具有重要意义。基于多组学数据的个性化饮食干预，有望促进肠道稳态、优化代谢谱并降低疾病风险。
