膳食對(duì)腸道菌群結(jié)構(gòu)、代謝和功能的影響
發(fā)布人：奧姆龍 時(shí)間：2020-04-09 閱讀：2626
腸道菌群參與機(jī)體食物消化、營(yíng)養(yǎng)代謝吸收、藥物代謝、能量供應(yīng)、必需維生素的生成、免疫調(diào)節(jié)、胃腸道穩(wěn)態(tài)的維持等重要生理過(guò)程。腸道菌群失調(diào)與IBS、IBD、結(jié)腸癌、肥胖、糖尿病等疾病的發(fā)生均有一定相關(guān)性。膳食是胃腸道與外界最直接的聯(lián)系，越來(lái)越多的研究表明，膳食會(huì)影響腸道微生物的基因及其組成，不同代謝底物的優(yōu)勢(shì)菌群差異明顯，從而影響腸道菌群的結(jié)構(gòu)和功能。
一、腸道菌群的結(jié)構(gòu)與營(yíng)養(yǎng)代謝特點(diǎn)
人體腸道中約有1×1014、超過(guò)1000種的細(xì)菌，其編碼基因的數(shù)目是人體自身基因的150倍，不同個(gè)體之間腸道菌群的組成差異明顯，受宿主基因型、年齡、性別、飲食、生活環(huán)境等因素的影響。
腸道菌群含有大量人體自身缺乏的參與碳水化合物、氨基酸、維生素等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)代謝的基因，其主要的物質(zhì)代謝方式包括發(fā)酵（電子在有機(jī)碳之間的循環(huán)）、甲烷化（電子從有機(jī)碳向無(wú)機(jī)碳流動(dòng)）和硫還原（電子從有機(jī)碳向硫酸鹽流動(dòng)）。腸道菌群可將宿主體內(nèi)難以消化的碳水化合物分解轉(zhuǎn)化為可吸收的單糖或短鏈脂肪酸（short-chain fatty acid，SCFA），并為結(jié)腸細(xì)胞提供主要能量來(lái)源，促進(jìn)腸道上皮細(xì)胞發(fā)育，調(diào)節(jié)胰高血糖素樣肽1（glycagon like peptide 1，GLP-1）產(chǎn)生，還與宿主之間存在腸肝循環(huán)等共代謝關(guān)系。
膳食結(jié)構(gòu)，又稱(chēng)膳食模式。Wu等研究表明，人體腸道中優(yōu)勢(shì)菌群與長(zhǎng)期膳食結(jié)構(gòu)中蛋白質(zhì)、脂肪和糖類(lèi)成分的比例有關(guān)。素食者與喜食肉者的腸道菌群結(jié)構(gòu)存在明顯差異，素食者的腸道菌群以產(chǎn)氣莢膜梭菌（Clostridium perfringens）和多枝梭菌（Clostridium ramosum）為主，長(zhǎng)期高水平食肉者的腸道優(yōu)勢(shì)菌群則主要是普拉梭桿菌（Feacalibacterium prausnitzii）。不同國(guó)家或地區(qū)人群的腸道菌群結(jié)構(gòu)差異明顯，可能與膳食結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期不同相關(guān)。
1. 膳食蛋白質(zhì)對(duì)腸道菌群結(jié)構(gòu)的影響
膳食蛋白質(zhì)對(duì)腸道菌群結(jié)構(gòu)影響的研究主要集中在高蛋白質(zhì)水平和不同蛋白質(zhì)種類(lèi)方面。高蛋白質(zhì)飲食人群的腸道菌群中擬桿菌屬、普氏菌屬、顫螺旋菌屬（Oscillospira）、梭桿菌屬產(chǎn)氣莢膜梭菌、芽孢桿菌屬和薩特菌屬的數(shù)量較普通飲食人群增加，而厚壁菌門(mén)（Firmicutes）數(shù)量減少。
蛋白質(zhì)可通過(guò)細(xì)菌的發(fā)酵、甲烷化、脫羧反應(yīng)和硫還原改變呼吸鏈中的電子受體，如甲硫氨酸、胱氨酸等含硫氨基酸在硫酸鹽還原菌的硫還原作用下生成硫化氫，氨基酸和肽也可在梭狀芽孢桿菌的作用下通過(guò)脫竣反應(yīng)產(chǎn)生胺類(lèi)，這些代謝終產(chǎn)物改變了細(xì)菌的生長(zhǎng)微環(huán)境，使細(xì)菌獲得一定的生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)，從而改變腸道菌群結(jié)構(gòu)。
2. 膳食脂肪對(duì)腸道菌群結(jié)構(gòu)的影響
目前，膳食脂肪對(duì)腸道菌群結(jié)構(gòu)影響的研究主要集中在高脂飲食方面。Devkota研究發(fā)現(xiàn)，富含高飽和脂肪酸的膳食能夠促進(jìn)原本較低豐度的亞硫酸鹽還原菌（Sulfite-reducing bacteria）和沃氏嗜膽菌（Bilophila wadsworthia）的繁殖，提示膳食中脂肪酸的組成也可影響腸道菌群的結(jié)構(gòu)。Brinkworth研究發(fā)現(xiàn)，相對(duì)于低脂飲食，高脂飲食人群 腸道菌群中雙歧桿菌的數(shù)量減少，但該研究尚有一定缺陷，未能明確影響腸道菌群結(jié)構(gòu)的決定性因素是高脂還是低碳水化合物。Ley等研究發(fā)現(xiàn)，肥胖人群由高脂飲食轉(zhuǎn)變?yōu)榈椭?、低碳水化合物飲食時(shí)，隨著體質(zhì)量的下降，腸道菌群的結(jié)構(gòu)也發(fā)生變化，擬桿菌門(mén)數(shù)量增加，厚壁菌門(mén)數(shù)量減少，且兩者的數(shù)量比例逐漸接近健康人群。上述腸道菌群結(jié)構(gòu)的變化可能與高脂飲食引起的腸道輕度炎性反應(yīng)、氧化應(yīng)激增加使胃腸道微生態(tài)失衡加劇有關(guān)。
3. 膳食糖類(lèi)對(duì)腸道菌群結(jié)構(gòu)的影響
低糖和高糖飲食均會(huì)影響腸道菌群的結(jié)構(gòu)，抗性淀粉和膳食纖維（功能性低聚糖）能夠避免被宿主酶消化而到達(dá)結(jié)直腸，從而對(duì)腸道菌群產(chǎn)生直接影響。
膳食中膳食纖維所占的比例可顯著影響腸道菌群的結(jié)構(gòu)，攝入的大部分膳食纖維不能被消化而到達(dá)結(jié)直腸，其吸附性、保水性、離子交換作用和凝膠的形成等，以及腸道內(nèi)細(xì)菌產(chǎn)生的消化酶將其分解時(shí)產(chǎn)生的少量泛酸，都對(duì)腸道菌群的數(shù)量和種類(lèi)有一定的調(diào)節(jié)作用。
多因素共同參與了腸道菌群的代謝，其中膳食因素發(fā)揮重要作用。未消化的食物（主要包括蛋白質(zhì)、碳水化合物等）是腸道菌群的主要代謝底物，其到達(dá)胃腸道后可供腸道菌群代謝，產(chǎn)生不同細(xì)菌代謝產(chǎn)物，從而對(duì)人體健康造成不同的影響。下面主要針對(duì)與人體健康相關(guān)的腸道菌群代謝產(chǎn)物以及三大營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)對(duì)其產(chǎn)生的影響進(jìn)行闡述。
1. 腸道菌群代謝產(chǎn)物
腸道細(xì)菌利用碳水化合物和蛋白質(zhì)為底物進(jìn)行厭氧發(fā)酵，其產(chǎn)物對(duì)人體正常的生理活動(dòng)具有重要意義。
SCFA主要由擬桿菌門(mén)和梭菌代謝產(chǎn)生，是膽固醇合成及肝臟糖異生的底物和腸道上皮細(xì)胞的主要能量來(lái)源，還可以保持腸黏膜的完整性，抑制腸癌和炎性反應(yīng)的發(fā) 生；雌馬酚由真桿菌梭菌代謝產(chǎn)生，具有抗氧化、抗炎、降低骨質(zhì)流失和調(diào)節(jié)雌激素的作用；雙歧桿菌代謝產(chǎn)生的維生素B9可調(diào)節(jié)細(xì)胞的生長(zhǎng)和增殖；羅伊乳桿菌代謝產(chǎn)生的維生素B12可剌激神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育；雙歧桿菌和長(zhǎng)雙歧桿菌代謝產(chǎn)生的共軛亞油酸可以調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)、降低代謝綜合征發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)；而脆弱擬桿菌代謝產(chǎn)生的多聚糖A能夠降低促炎因子水平、提高抗炎因子IL-10水平，減少中性粒細(xì)胞滲透，抑制上皮細(xì)胞增殖。
上述腸道菌群均代謝產(chǎn)生對(duì)人體有益的產(chǎn)物，但另一方面，部分腸道菌群的代謝產(chǎn)物則對(duì)人體不利。產(chǎn)甲烷菌產(chǎn)生的甲烷可能會(huì)減緩腸運(yùn)輸速度；硫酸鹽還原菌和?；撬峤到饩a(chǎn)生的硫化氫能腐蝕腸黏膜，具有細(xì)胞毒性和遺傳毒性，可能與兒童自閉癥和結(jié)腸癌的發(fā)生、發(fā)展有關(guān)；硫酸還原菌和?；撬峤到饩a(chǎn)生的次級(jí)膽酸具有致癌、致突變作用；革蘭陰性桿菌的胞壁成分脂多糖可通過(guò)活化NF-κB促進(jìn)炎性反應(yīng)和樹(shù)突狀細(xì)胞成熟。
2. 蛋白質(zhì)/氨基酸對(duì)腸道菌群代謝產(chǎn)物的影響
腸道細(xì)菌發(fā)酵蛋白質(zhì)/氨基酸不僅產(chǎn)生有利于人體健康的代謝物，而且也產(chǎn)生不利于人體健康的物質(zhì)。支鏈氨基酸和SCFA是肥胖、胰島素抵抗、2型糖尿病等代謝性疾病潛在的重要調(diào)節(jié)因素。
3. 糖類(lèi)對(duì)腸道菌群代謝產(chǎn)物的影響
腸道菌群發(fā)酵糖類(lèi)（碳水化合物）的主要產(chǎn)物是SCFA。與以蛋白質(zhì)和脂肪為主要膳食成分的人群相比，長(zhǎng)期以糖類(lèi)為主要膳食成分的人群的腸道微生物代謝產(chǎn)物中SCFA含量相對(duì)較高。此外，一些不被人體消化酶消化的糖類(lèi)，如葡聚糖、半乳糖、菊粉、阿拉伯糖基木聚糖（arabinoxylan，AX）、抗性淀粉、半纖維素、果膠，以及它們的寡 聚糖，均可以被腸道細(xì)菌酵解，并可特異性地刺激對(duì)宿主健康有益的細(xì)菌如雙歧桿菌的生長(zhǎng)和代謝活動(dòng)。而低可發(fā)酵寡聚糖、二糖、單糖和多元醇（fermentable oligosaccharides，disaccharides，monosaccharides and polyols，F(xiàn)ODMAP）飲食可減少酶缺乏導(dǎo)致的腸腔內(nèi)滲透壓升高、腸黏膜機(jī)械性刺激增加、腸道菌群失調(diào)等改變，以及胃腸道運(yùn)動(dòng)、分泌、感覺(jué)異常，也可有效減少功能性胃腸病的腸道癥狀。
4. 脂肪對(duì)腸道菌群代謝產(chǎn)物的影響
高脂肪含量的食物富含磷脂酰膽堿和膽堿，腸道細(xì)菌能將其轉(zhuǎn)化成三甲胺，氧化的三甲胺進(jìn)入血液可導(dǎo)致動(dòng)脈粥樣硬化，從而引發(fā)心血管疾病。
5. 其他
一些其他食物成分，如谷蛋白（gluten）亦可影響腸道菌群的代謝，且對(duì)人體健康有重要意義。
轉(zhuǎn)載 來(lái)源：魏慧, 段麗萍. 膳食對(duì)腸道菌群結(jié)構(gòu)、代謝和功能影響的研究進(jìn)展[J]. 中華消化雜志,如有涉嫌侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系管理員刪除。