导读
了解膳食营养素是如何调节肠道微生物群对于发展粮食产品和饮食模式是很有意义的，以应对全球的粮食负担非传染性疾病。在这篇综述中，我们评估了发表于2005年到2019年的科学研究评价了使用体外和体内的微生物模型，以及人体临床试验关于微观和宏观营养素对肠道微生物组的影响。
微量营养素的临床证据依旧是不那么明确的并且是欠缺的。然而，临床前的证据表明红酒和茶中的多酚和维生素D可以调节潜在的有益细菌。目前的研究显示，一致的临床证据表明，饮食纤维，包括阿拉伯木聚糖，半乳糖-低聚糖、菊粉和寡糖能促进一系列有益细菌的生长并抑制潜在的有害物种。临床前的证据表明，脂肪的数量和类型调节有益和潜在有害微生物，以及厚壁菌门/拟杆菌门在肠道中的比例。临床和临床前的研究表明，饮食中的蛋白质的种类和数量对肠道菌群有实质性的波动差异影响。更进一步的临床研究探索微量营养素和大量营养素对于微生物组以及微生物代谢物的影响是一定的,以及如何影响宿主健康。
原名：Role of Dietary Nutrients in the Modulation of Gut Microbiota: A Narrative Review
译名：膳食营养素在调节肠道微生物群中的作用
IF：4.171
发表时间：2020.01.31
通讯作者：张卫
作者单位：弗林德斯大学医学和公共卫生学院海洋生物导管发展中心，澳大利亚阿德莱德，南澳大利亚
1. 膳食微量营养素在调节肠道菌群中的作用
1.1 多酚
水果，蔬菜，谷物，茶，咖啡和葡萄酒中的多酚类化合物，如黄酮类化合物，酚酸，对苯二酚和木脂素，由于其潜在的抗氧化，抗发炎，和抗癌作用而广受关注。体外研究表明，多酚可通过抑制潜在的病原生物（如幽门螺杆菌，葡萄球菌等）并促进包括乳杆菌和双歧杆菌在内的潜在有益菌的生长来调节人类肠道菌群。动物和临床试验表明，多酚可调节肠道微生物，微生物多样性以及厚壁菌门与拟杆菌门的比例（F / B）。这些研究和其他研究表明，多酚类的益生元样的衍生物是多酚对人类健康有益的主要原因。体外研究表明，黄酮类，如花青素，酚酸（表儿茶素，对香豆酸和邻香豆酸），以及其他多酚类如槲皮素，芦丁，绿原酸和芥酸可以增加肠道有益菌的丰度，例如Bifidobacterium和 Lactobacillus，减少了人类肠道中潜在病原菌的定殖数量。儿茶素还显示出能刺激Clostridiumcoccoides-Eubacterium rectale group, Bifidobacterium sp., 和 Escherichia coli的生长，并抑制潜在的病原性生物的生长（Clostridiumhystolyticum群）。多酚的发酵增加了有益菌群的数量，例如双歧杆菌，并通过促进拟杆菌门特定成员的生长而降低了F/B的比率。有人提出，生物转化的多酚可促进短链脂肪酸（SCFAs）的产生，众所周知，短链脂肪酸在肠道和代谢健康中起着重要作用。通过利用琼脂平板测定法，柑橘类水果中存在的黄酮Naringenin可以对肠道共生细菌的生长和遗传调控起到调节作用。据报道，中国云南茶的乙酸乙酯/水多酚提取物可在体外抑制有害细菌的生长（Clostridium和 Bacteroides）。临床前研究已显示出一致的证据，表明各种不同的多酚可通过调节肠道菌群来改善健康的各种措施。在高脂饮食（HFD）喂养的动物中或作为对照的背景饮食，多酚包括葡萄，石榴皮，红酒和绿茶已显示可增加粪便Bifidobacteria和Lactobacilli的丰度。Axling等人（2012）还发现绿茶粉和Lactobacillusplantarum可以显著增加细菌的多样性并增加小鼠结肠中Lactobacillus和 Akkermansia的丰度。发现与标准对照饮食相比，饲喂富含黑莓花青素提取物的大鼠的粪便微生物组的Psudoflavonifractor丰度增加，而在HFD存在的情况下，Akkermansia恢复到低脂饮食中的水平。花青素提取物还可以增加饲喂对照饮食或HFD的大鼠的Oscillobacter的丰度。发现在糖尿病小鼠模型中，服用根皮苷可以增加Akkermansia的丰度，从而恢复其有益种类。人们认为这种微生物调节作用与Phloidzin治疗小鼠后SCFA的产生以及脂多糖（LPS）含量的减少相关，作者认为这是在Phloridzin给药后糖尿病小鼠中看到的改善的潜在机制。已显示，葡萄多酚可增加对照组大鼠的Bifidobacterium数量，并提高肉鸡的Lactobacillus数量。通过将多酚添加到HFD诱导的大鼠模型中可以证明F/B比例降低了。在结肠炎小鼠模型中，当给动物饲喂高水平的姜黄素（标准啮齿类动物饮食中含有0.2％w/w的纳米姜黄素）时，产生丁酸盐的细菌增加。在该模型中viz.Clostridiumsp IV和XIVa簇激活了调节性T细胞介导的结肠炎的抑制作用。 Genistein补充的玉米油饮食在接受乳腺癌患者粪便移植的无菌的拟人化鼠中，增加了肠道中有益微生物的数量。Genistein处理后这些小鼠中增加的细菌种类包括Eubacterium dolichum, Lactococcus lactis, Akkermansia municiphila, Ruminococcus torques和Clostridium hathewayi，而比对照组低得多的细菌种类包括Bacteroides eggerthii 和Bacteroides ovatus。基于他们在这项研究中的观察，作者进一步假设这种表观遗传调控可能在以染料木黄酮喂养的小鼠中降低了肿瘤的大小和潜伏期。少数临床试验报告了食用富含多酚的食物（包括可可，红酒，绿茶和蔬菜/水果）后微生物组组成的变化。与低多酚饮食（23 mg /天）相比，食用可可源多酚（494 mg /天）四周后，可显着增加双歧杆菌和乳杆菌的粪便丰度。通过对来自同一研究参与者的粪便样品进行体外发酵分析，进一步证实了这种益生元样的效果。在另一项研究中，红酒中的多酚增加了肥胖者粪便中双歧杆菌和乳酸杆菌的数量，这与代谢综合征指标的改善相关，包括血压，血浆葡萄糖水平和血浆脂质分布。此外，红酒中的多酚增加了粪便中产生丁酸盐的微生物Fecalibacteriumprausnitzii 和Roseburia的数量。此外，据报道，在类似的研究中食用红酒多酚的参与者肠道有益菌像Bifidobacteriumsp. Eubacterium rectale, Bacteroides uniformis, Prevotella sp., Blautiacoccoides, 和Eggerthella lenta得以调节。连续三天食用以蔬菜/果汁为基础的饮食可以降低健康成年人的F / B比。食用绿茶增加了双歧杆菌的比例。以及细菌代谢产物的产生。在一项涉及成年人群（n =1044）的研究中，据报道，摄入Diadzin可能会增加肠道中产equol的细菌，例如Asaccharobacter celatus 和 Slackia isoflavoniconvertens。来自Mayta-apaza等人的研究发现，背景饮食和个人的微生物组可能是肠道多酚微生物代谢的关键决定因素。这项研究表明，只有当拟杆菌数量低时，多酚补充剂才能增加双歧杆菌数量。另外，具有较高数量的拟杆菌属的个体，还有低碳水化合物和纤维饮食以及西式饮食模式，则会使得代谢多酚的能力较低，从而降低了多酚的生物利用度和潜在的健康益处。酸樱桃汁的摄入显着改变了微生物组成，有趣的是，它增加了在基线时具有高水平的拟杆菌化物的个体中的Bacteroides,Parabacteroides和Alistipes，而对具有较低水平的拟杆菌属的人则相反。石榴提取物可以增加Akkermansia,Lactobacillus和Prevotella有益菌。 Most等人的研究表明男人和女人对多酚的代谢程度不同。在该研究中，超重男性补充表没食子儿茶素-3-没食子酸酯和白藜芦醇可通过上调F / B比率来调节肠道菌群，但在超重妇女中未观察到类似的关联。尽管研究表明性别和体重指数对肠道菌群有影响，但在代谢多酚中性别反应中这种差异的机制尚不十分清楚。显然，多酚的有益健康作用可能部分是由于它们调节肠道菌群的能力。在体外和临床前研究中测试的主要多酚类化合物均显示出将肠道菌群调节至有益菌群的能力，该菌群具有丰富的Bifidobacterium,Lactobacillus, Akkermansia和Fecalibacteriumsp.。这些研究中观察到的有益机制主要归因于SCFAs和其他细菌代谢产物的产生，这些代谢产物有助于肠道健康的积极变化并减少了炎症过程，从而改善了全身性疾病的状况。尽管只有很少的临床试验专门评估了多酚的健康效果，但结果还是很有前途的，而且在这些研究中观察到的微生物调节作用类似于临床前研究。基于这些观察结果，强烈建议进行更多的研究，以探索特定多酚在调节人类肠道菌群中的作用，从而研究其在改善/预防代谢性疾病和癌症中的作用。
1.2 维生素
维生素是有机化合物，对于支持正常的生理功能而言，其数量非常少。它们通常在体内发挥多种作用，其中最重要的作用之一就是它们作为酶的辅助因子。饮食是维生素的主要来源，因为我们的身体无法合成满足日常需要的维生素，但是某些肠道微生物会合成某些维生素，特别是维生素K和B类维生素。当维生素缺乏时，会造成或加剧慢性健康状况，人们通常会食用单独或多种维生素补充剂，这些补充剂可提供非常高剂量的特定维生素。随后，在上消化道中这些维生素的最小吸收可以调节消化道微生物群的丰度和多样性。维生素A是脂溶性维生素，已被证明是传染病的辅助治疗方法，并且对自闭症谱系障碍（ASD）患儿来说具有一种潜在的辅助治疗效果，这可能是通过改变肠道菌群来实现的。持续性腹泻儿童的肠道菌群多样性和关键系统型明显不同，维生素A水平也差异很大。产生丁酸盐的细菌（Escherichiacoli和Clostridium butyricum）的减少和机会性病原体（Enterococcus）的增加可能部分地导致了维生素A缺乏症人群的多样性降低。在鼠模型中以视黄酸形式补充维生素A可以抑制Murine Norovirus的复制。在这项研究中，研究人员证明了在Murine Norovirus感染期间，维甲酸（具有生理活性的维生素A代谢物）的给药显着增加了乳酸杆菌的含量。在体外模型中，乳酸杆菌显示出针对Murine Norovirus的抗病毒活性，并且基于这些数据表明，作者推测肠道中大量乳酸杆菌是抑制MurineNorovirus的部分原因。还显示视黄酸的施用增加了Allobaculum, Aggregatibacter, Bifidobacterium, Dialister和 Enhydrobacter的丰度。流行病学研究表明，适当补充维生素A会大大降低Murine Norovirus的感染率和临床症状。此外，据报道补充维生素A可降低与感染性胃肠道有关疾病的死亡率和发病率。在一项初步研究中，维生素A的施用显著增加了ASD儿童的拟杆菌和拟杆菌种群，并降低了F / B比率。有人建议向患有ASD的儿童补充维生素A可以改善病情，可能是通过恢复肠道中的拟杆菌/拟杆菌种群来实现的。此外，Huda等人的研究（2019）报告说婴儿期补充维生素A的状况可以更好地促进健康菌群的建立，进而影响婴儿期和以后的健康。在早期（6-15周）或晚期（2岁）婴儿补充50,000 IU维生素A可以增加其粪便中Bifidobacterium and Akkermansia的丰度，但未对婴儿Proteobacteria的丰度造成影响。维生素B是各种代谢过程必不可少的八种水溶性维生素的集合。即使在许多食品（例如，动物性食品，绿叶蔬菜，豆类和豌豆等）中都发现了B类维生素，而通过酒和烹饪很容易使之减少。已显示某些B族维生素可通过修饰宿主防御力来促进细菌定植，调节细菌毒力并参与病原体与宿主的相互作用。例如，发现补充维生素B12可增强实验性gnotobiotic小鼠模型肠道中Bacteroidesthetaiotaomicron细菌的定殖。而且，维生素B12对于某些病原体利用乙醇胺也是必不可少的，如体外和体内模型所证实的，乙醇胺可增强鼠伤寒沙门氏菌的生长及其毒力基因的表达，。同时，通过生物合成，所有Fusobacteria和超过90％的拟杆菌都被预测为B12的生产者。同样，维生素B6可以由肠道菌群拟杆菌（Bacteroidetes）产生，并且主要用作与宿主免疫反应相关的许多生物反应的辅助因子。在一项临床研究中，B6缺乏症可引起淋巴器官萎缩，淋巴细胞数量显著减少以及抗体反应和IL-2生成受损。动物实验和人类临床试验进一步证明，维生素B6可以促进拟杆菌的生长，这是通过调节宿主免疫系统或干扰鼠伤寒沙门氏菌的毒力因子的生长或表达来介导的。另一方面，鼠模型中的肠道菌群失调会降低腔内维生素B6的水平并降低肠内沙门氏菌致病菌的定植。从这些初步研究中，应注意补充维生素B3和B6可能导致肠道中大量有害/潜在致病物种的增加，因此可能导致有害的副作用。维生素C是人体中最重要的水溶性抗氧化剂。与其他水溶性维生素相反，维生素C不能从人体内重新合成，而必须通过肠道吸收从饮食来源（水果和蔬菜）中获得。氧化还原状态可以强烈调节肠道菌群。在对一小群患有稳定囊性纤维化的自由生活成年人的评估中发现维生素C的摄入量与Firmicutes及其较低的类群（即梭菌）呈正相关，而与Bacteroidetes呈负相关。威尔逊等人（2018）研究了糖尿病前期人群每天摄入两个SunGold奇异果在12周内对维生素C状况和粪便微生物群组成的影响。分析表明，不能被培养的Coriobacteriaceae科的相对丰度增加了。但是，这些变化很小，临床意义不大。在断奶仔猪上进行的一项动物研究证实，维生素C具有清除自由基和恢复肠道菌群微环境，增加乳酸杆菌和双歧杆菌数量以及减少肠道环境中大肠杆菌数量的抗氧化能力。涉及补充维生素D的临床试验显示出有益于健康的结果，可以帮助人们维持健康并预防慢性疾病，随后微生物群的改变可能是重要的机制。作为一种脂溶性维生素，维生素D被认为参与神经递质的合成和钙平衡，通过其抗氧化作用保护神经细胞。在一项针对56366名年龄在50至79岁之间的美国女性的队列研究中，表明摄入大量维生素D可显著降低患抑郁症的风险。越来越多的证据表明，维生素D改变肠道菌群可能是其背后的原因。一项随机对照试验显示，在12个月内每周补充维生素D（50,000麦角钙化固醇IU）会增加粪便中SCFA的水平，并增加产生SCFAs的属的数量，例如Ruminococcus,Fecalibacterium和Dialister。据报道，维生素D3的补充还通过在属水平上增加Lactococcus的丰度和降低Veillonella的的丰度，对囊性纤维化患者的肠道菌群产生积极影响，而科水平上Erysipelotrichaceae的水平则被视为潜在的病原体。服用维生素D可以预防甚至治疗各种恶性肿瘤和胃肠道炎性疾病。例如，补充维生素D3会显著降低人类gamma-proteobacteria的相对丰度并增加细菌的丰富度。在这项研究中，维生素D3调节了上消化道的肠道微生物组，这可以解释其对胃肠道疾病（如炎症性肠病或细菌感染）的积极影响。维生素D具有免疫调节特性，因此可能会影响肠道微生物的定植。在Garg等人（2018）的研究中，研究了替代性维生素D对于是否患有溃疡性结肠炎（UC）的维生素D缺乏患者的炎症治疗和粪便微生物群的影响。发现补充维生素D（每周一次，一次40,000 IU，共八周）可减少活动性UC患者的肠道炎症，并伴有肠杆菌科细菌的增加，但总体粪便微生物多样性没有变化。此外，维生素D还对克罗恩病（CD）中的细菌群落显示出特定的影响，但对健康对照则没有影响。在这项研究中，在CD患者服用维生素D一周后，Alistipes,Barnesiella, unclassified Porphyromonadaceae (both Actinobacteria), Roseburia,Anaerotruncus, Subdoligranulum and an unclassified Ruminococcaceae (allFirmicutes)属的微生物菌群显著增加。这清楚地表明，维生素D的施用可能通过调节肠道细菌组成以及增加潜在有益细菌菌株的数量而对CD产生积极影响。此外，孕妇在怀孕期间服用维生素D与双歧杆菌属呈线性负相关。并且与婴儿脆弱拟杆菌（Bacteroidesfragilis）组呈正相关，表明产前服用维生素D对婴儿的细菌多样性有影响。婴儿梭状芽胞杆菌的丰度降低与那些饮食习惯于素食者或有机/长寿饮食的母乳喂养的婴儿补充维生素D有关。这些数据表明，产前/产后维生素D暴露会影响婴儿菌群中几种关键细菌类群的丰度，从而导致婴儿肠道中有益菌群/有害菌群的发展。 Luthold等人（2017）研究了健康个体中维生素D摄入量和25（OH）D循环水平与肠道菌群组成，炎症标记和生化特征之间的关系。维生素D摄入量（≥10μg/天）时，普雷沃特菌含量较高，而嗜血杆菌和韦永氏菌含量较低。此外，Coprococcus和 Bifdobacterium的丰度与25（OH）D呈负相关，而维生素D缺乏可能显著影响健康成年人的粪便微生物群，并且在高血压的发展过程中起重要作用。例如，与接受大于75 nmol/ L 25（OH）D的健康个体相比，接受少于50 nmol / L 25（OH）D的健康个体的Coprococcus含量较低，而瘤胃球菌属的丰度更高。 Zuo等人（2019）的研究报告说，维生素D3与有益健康的细菌属正相关，包括Subdoligranulum, Ruminiclostridium, Intestinimonas, Pseudoflavonifractor,Paenibacillus和Marvinbryantia,，它们被认为具有降压功能。维生素E因其抗氧化作用而广为人知，存在于多种食品中，包括小麦胚芽油，特级初榨橄榄油，榛子，花生，鱼，牡蛎，鸡蛋和黄油。在化学诱导的结肠炎模型中已证明它可以防止粘膜组织损伤。还已经证明，天然抗氧化剂可以通过清除过多的自由基并支持细胞和体液免疫反应来调节肠道微生物群。最新发现，在回肠性眼袋炎的小鼠模型，给一种富含维生素E，硒和视黄酸抗氧化剂饮食，可以使肠道微生物群落重塑成抗炎性，减轻粘膜炎症。这种能力似乎是由Bacteroidetes的相对百分比的增加和门类的Firmicutes的减少所介导的，α多样性（shannon多样性指数）总体上有所提高。另一项小鼠模型研究比较了低维生素E（0.06mg / 20 g体重）和高维生素E（0.18mg / 20 g）组之间的肠道微生物群组成。与对照和低剂量食用维生素E相比，高剂量食用维生素E降低了F/B的比例。妊娠中期对孕妇进行的一项人体研究证实了这一证据，该研究表明维生素E的摄入量与Proteobacteria 和Firmicutes的减少以及拟杆菌的增加有关。此外，最近对缺铁的婴幼儿进行的一项研究表明，在补充铁和维生素E的群体中，丁酸盐生产者Roseburia（Firmicutes门）的相对丰度与唯一铁补充组的相比有所提高。从上面的讨论中可以明显看出，维生素与肠道菌群之间存在高水平的相互作用，其中某些维生素是由肠道菌群产生的，而另一些则根据微环境中的浓度来调节有益/有害菌。临床前和临床试验均显示维生素A能够调节双歧杆菌属，乳杆菌属和阿克曼属微生物。在ASD患者中，维生素A对F / B恢复功能非常有趣，这需要进一步研究，以用于ASD患者的联合治疗。有趣的是，某些肠道菌群会产生一些复杂的复合B维生素，其中一些维生素会参与增强潜在病原微生物的毒性/定植作用。补充维生素C，D和E可以调节有益健康的微生物群，尤其是双歧杆菌属和乳酸杆菌属的有益物种。维生素D和E还可以调节Roseburia的有益健康的微生物。此外，维生素D和E也可能降低F / B比。综上所述，这些研究表明补充维生素可以调节肠道菌群。但是，调节方式取决于宿主体内的维生素水平，因此，有必要进行进一步的临床试验，以防止由于“过量补充”维生素而引起的任何不良反应。
1.3 矿物质和微量元素
矿物质和微量元素是人体新陈代谢所必需的微量营养素，并与肠道微生物组发生主动相互作用。营养不足以及矿物质和微量元素的过量都是造成人类各种疾病的原因。痕量元素过量或不足在调节肠道菌群中的作用是一个新兴领域，表2总结了已发表文章的主要发现。高钙摄入与肥胖症患病率较低相关。建议高钙摄入会导致肠道菌群发生变化，这与瘦型相关。在一项健康的人类干预研究中，每天饮食中摄入1000毫克钙，持续8周导致男性粪便样品中梭状芽胞杆菌XVIII含量更高。由于这种细菌是不可培养的细菌，因此尚未归类为有益或有害的，但钙与磷（500 mgCa和1000 mgp）结合使用可能导致粪便中丁酸生产者很多。在一项为期18个月的高脂喂养小鼠研究中，补钙（5.25 g/ kg钙）增加了微生物多样性，并增加了这些动物的粪便微生物组中的Ruminococcaceae和Akkermansia的丰度。进行了多代研究以评估母体钙不平衡如何在他们的后代中促进体重增加。产妇饮食中的饮食钙过多（12 g /kg）与后代肠道内的Verrucomicrobia减少有关，而母体饮食中的钙不足（2.5 g /kg）与F / B比升高有关。在较短持续时间（54天）的营养干预中，高钙补充（12 g / kg）可通过增加HFD小鼠模型的盲肠样品中双歧杆菌的数量和增加拟杆菌/普氏杆菌的比例来实现肠道菌群中的益生元的调节。双歧杆菌的数量在这项研究中与血浆脂多糖水平呈负相关，表明肠道微生物组中脂多糖生产者的减少。镁缺乏与慢性病的发生率增加有关，但是微生物组在这种关系中的作用的证据尚不清楚。以前有报道说，缺镁四天可以减少小鼠盲肠中双歧杆菌的含量，但是如果缺镁时间延长（三周），则双歧杆菌和乳杆菌的肠道含量就会增加。相反，据报道，缺镁六周会显着改变肠道菌群（仅显示主成分分析（PCA）分析结果），这可能与小鼠焦虑样行为的改变有关。此外，据报道，饮食中镁缺乏会导致肠道微生物多样性降低，而富含镁的海洋矿物混合物则会导致成年雄性大鼠肠道微生物多样性增加。需要更多的研究来进一步确定镁缺乏或补充镁与肠道菌群之间的关系。铁补充剂是纠正临床环境中铁缺乏症的常见策略。然而，对于肠道微生物群中补铁的效果仍未获得一致的结论。临床前和临床研究均显示，补充铁后有益微生物的丰度不断降低，有害微生物的丰度不断提高。为贫血的肯尼亚婴儿和科特迪瓦人补充铁，由于病原菌数量的增加和有益菌群的减少，已表明引起儿童肠道菌群失调和炎症。在一项随机对照试验中，食用铁强化谷类食品2-4周可导致双歧杆菌家族细菌的中位相对相对丰度降低（从51％降至37％），并且婴儿粪便样本中bacteroidetes（从5％到14％）细菌数量的增加。此外，干预后没有细菌富集。在一项随机的安慰剂对照临床试验中，补充铁（50 mg /天，4 d /周，连续38周）并未显著改变生活在非洲南方农村地区儿童肠道中主要细菌群的浓度（既无益处，也无致病性）。这与科特迪瓦儿童形成鲜明对比，这可能是由于这两个队列之间的环境差异所致。前一组生活在贫困地区，饮用水和饮食质量较差，因此肠道中的致病细菌含量高于后者，后者由于食用优质水和饮食而致病细菌的浓度较低。在一项针对婴儿的比较研究中，两种不同剂量的铁补充剂对有益菌群的丰度产生了不同的影响。相比之下，与婴儿肠道菌群中较低剂量（1.2 mg/天）的铁补充相比，较高剂量（6.4 mg/天）的铁补充显著降低了双歧杆菌水平的丰度。然而，乳酸菌的丰度却相反，这种较高的剂量比较低的剂量增加。对实验动物的研究还表明，过量的铁可能引起肠道菌群失调，从而导致Defluviitaleaceae，Ruminococcaceae和Coprococcus属细菌增加，以及Lachnospiraceae科和Allobaculum属的某些成员减少。在体外发酵研究中也是如此，结果表明，铁浓度的增加可以减少共生细菌的数量，增加有毒代谢产物的数量，并增加致病细菌的毒力。也有报道称，在任何分类学水平下，妊娠早期超重和肥胖妇女的铁水平高达60 mg /d都不会显著改变粪便微生物组的组成。相反，在一项横断面研究中，食用铁含量明显较高的饮食可能导致日本女性双歧杆菌水平升高。但是，应谨慎地解释本研究的结果，因为饮食中含有除铁以外的微量和大量营养素以及双歧原反应可能来自饮食中的其他成分。
肠道微生物群也有不同的反应，这取决于所添加的膳食铁的化学形式。与亚铁制剂相比，乙二胺四乙酸铁可通过降低Roseburiasp. 的丰度加剧小鼠右旋糖酐硫酸钠（DSS）引起的结肠炎]。相比之下，非血红素铁干预可以增加小鼠中Firmicutes的丰度，而血红素铁减少Firmicutes的丰度，同时降低整体微生物多样性，并增加变形杆菌的丰度。
另外，也已经报道了铁的施用方式对肠道菌群有不同的影响。 Lee等人（2017）报告说，与静脉内给药相比，口服铁可导致较低的Fecalibacterium prausnitzii, Ruminococcus bromii,Collinsella aerofaciens和Dorea的丰度。也有报道称，以所需标准剂量滴加铁剂可导致乳酸菌相对丰度降低，并可能增加对细菌感染的敏感性。磷是人体中第二丰富的无机元素，在维持血液中的全身酸平衡中起着重要作用。成人的建议磷摄入量为700–1000mg，但食用诸如烘焙食品和加糖饮料等加工食品时，通常会超过磷的摄入量。对肉鸡的研究表明，磷的添加增加了盲肠消化道中产生丁酸盐的细菌Fecalibacterium 和 Pseudoflavonifractor的丰度。一项对人体进行磷补充（1000 mg/天）的饮食干预研究显示，粪便微生物多样性得到改善，SCFA浓度增加。但是，在得出任何结论之前，需要进一步的临床研究来研究镁对肠道微生物调节的作用。锌是维持上皮完整性的必需微量营养素，可能通过调节有益的肠道微生物群发挥作用。肉鸡的慢性锌缺乏会改变肠道微生物组，变形杆菌的丰度显著增加，而Fimicutes的丰度下降。动物实验表明，在“鼠伤寒沙门氏菌挑战的肉鸡”模型中补充锌（120 mg / kg）可增加有益细菌的数量，例如乳酸杆菌属，同时减少有害细菌的数量，包括沙门氏菌。然而，在小鼠中，过量的锌饮食会改变肠道菌群的多样性和结构。尤其是，Turicibacter操作分类单位（OTU）2和梭菌OTU 11的属减少，肠球菌OTU 4和梭菌XI OTU 3的属增加。此外，过量的锌使肠道菌群容易受到低水平的干扰，并降低了对病原体梭状芽孢杆菌的定植抗性所需的抗生素阈值。肉鸡的慢性锌缺乏会改变肠道微生物组，变形杆菌的丰度显著增加，而Fimicutes的丰度下降。但是，缺乏关于人类饮食锌对肠道菌群调节的临床数据。硒的缺乏和过量与健康状况有关，例如死亡率增加，2型糖尿病和癌症风险；但是，关于肠道菌群的影响的信息有限。在小鼠中饮食中添加0.1 ug/ g至2.25 ug/ g的硒会增加微生物的多样性。在另一项小鼠研究中，以0.4 mg/ kg的浓度补充硒导致Akkermansia和Turicibacter的丰度增加，Dorea和Mucispirillum的丰度降低。尽管证据仅限于一项动物研究，但它表明碘的添加取决于饮食中脂肪的含量，并会导致肠道微生物组的差异。在HFD小鼠模型中补充碘可改善甲状腺激素状态，但会导致肠道菌群失调，其特征是病原微生物的数量增加和有益微生物（如费氏杆菌）的消耗。另外，当饮食中的脂肪含量低时，相同剂量的碘通过增加对照组中的双歧杆菌，乳酸杆菌，铁杆菌和异形芽孢杆菌对肠道菌群有益。仅有有限的证据支持矿物质和微量元素调节肠道微生物组的特定机制。然而，迄今为止发表的研究中大多评估了微量营养素缺乏以及补充矿物质和微量元素后微生物组的变化。钙补充已在实验动物中被证明可调节Akkermansia, Bifidobcterium和 Ruminococcacea 以及Bactereoidetes/Prevotella 的比率。 Mg调节肠道微生物组的有效性/不足尚不清楚，因为小鼠模型中的急性缺乏似乎可以调节有益于健康的肠道微生物群。补充铁的证据不一致，大多数研究表明人类婴儿中有害微生物的增加和有益微生物（例如双歧杆菌）的丰度降低，但是临床试验中也没有报道补充铁对微生物群的影响。有趣的是，铁的化学形式和给药途径在调节肠道微生物组中似乎很重要。有限的研究表明，补充磷会影响SCFA，需要进一步的临床前/临床试验才能得出结论。在临床前研究中，补锌减少了有害微生物，增加了有益微生物。在小鼠模型中，硒的添加增加了肠道微生物的多样性，对健康有益的微生物（例如Akkermansia 和 Turicibacter）产生了正向调节作用，对有害微生物（例如Dorea 和 Mucispirillum）产生了负向调节作用。补充碘会导致肠道功能紊乱，并且还会降低小鼠模型中对健康有益的微生物（如铁杆菌）的含量。显然缺乏临床前/人为干预研究来探索特定矿物质和微量元素在调节肠道微生物群中的作用，因此必须在这一领域进行全面研究。
2. 膳食常量营养素在调节肠道菌群中的作用
2.1 碳水化合物
碳水化合物是人体的主要能源，在调节和塑造肠道菌群中起着重要作用。在上消化道中无法消化的源自植物的碳水化合物被归类为膳食纤维，其结构以及其他未消化的营养素会影响它们被大肠微生物发酵的程度。在动物模型中，具有较低纤维含量的西式饮食已被证明可以减少双歧杆菌的丰度和肠道菌群的多样性。长期缺乏膳食纤维会减少肠道菌群的多样性。已证明，西班牙裔墨西哥人饮食（高纤维）可以通过降低Firmicutes与Bacteroidetes的比率（F / B比率）并增加Lactobacillus sp。的丰度来减轻喂食富含蔗糖的高脂饮食的大鼠的肠道菌群失调。在临床前试验中，给人源化的小鼠喂食富含纤维的饮食，然后引入低质量纤维喂食，以扰乱其肠道微生物组。然而，通过以neutral detergent fiber含量为重量的15％富含植物多糖的饮食饲喂来重新引入纤维并不能恢复被测动物的微生物组成和多样性。此外，观察到这种扰动持续了多个世代。在临床试验中，研究一致表明，高纤维饮食干预（例如全谷物，菊粉和低聚果糖（1：1）混合纤维，可溶性玉米纤维，大麦仁基面包）会增加粪便中几种有益菌群的丰度。，例如双歧杆菌，乳杆菌属，Akkermansiasp.，Fecalibacteriumsp.，Roseburiasp.，拟杆菌属和Prevotellasp.。此外，富含纤维的饮食降低了F / B比，并改善了肠道微生物多样性。据报道，肥胖人群中拟杆菌的相对比例要低于瘦型人群。一年的碳水化合物限制的低热量饮食中，拟杆菌的比例增加并且对体重减轻有反应。此外，发现肥胖患者的肠道微生物组在食用高复杂碳水化合物饮食（低脂，28％脂肪）一年后，其Prevotella, Parabacteroides distasonis和 Fecalibacterium prausnitzii的有益成分增加。阿拉伯木聚糖（AX），阿拉伯木聚糖低聚糖（AXOS）和木糖低聚糖（XOS）常见于小麦中，被归类为益生元，因为它们会特别增加有益菌群，包括双歧杆菌和乳杆菌。在饮食干预中，富含AX的饮食增加了双歧杆菌的丰富度。患有代谢综合征和微生物多样性降低的成年人可以通过酶水解AX获得由阿拉伯糖寡糖和XOS组成的AXOS。显示AXOS和XOS可以增加健康成年人和儿童中的双歧杆菌和/或乳杆菌。半乳糖低聚糖（GOS）的体外发酵已显示会增加双歧杆菌和乳杆菌的繁殖。在使用GOS的特定无病原小鼠模型的饮食干预研究中报道了类似的观察结果在临床试验中，健康成年人摄入GOS的剂量范围为1.5至10 g /天，长达12周，这会增加粪便中双歧杆菌的水平。在十几岁的女孩（10-13岁）中进行的类似饮食干预表明，每天补充5至10克/天的GOS持续三周，可增加双歧杆菌的繁殖。在健康的老年志愿者（65-80岁）中，以5.5 g /天的剂量连续10周施用GOS可增加双歧杆菌和拟杆菌的含量。除双歧杆菌属细菌外，当乳糖不耐受的志愿者食用GOS时，观察到乳糖发酵的Fecalibacterium和乳杆菌的相对丰度增加，这表明施用GOS促进了有利于乳糖消化的结肠环境。由于其双歧杆菌的潜力，GOS被包括在婴儿配方食品中，以促进健康的肠道微生物组，该微生物组主要由双歧杆菌组成。接受含4 g GOS/ L婴儿配方食品的婴儿导致有益微生物菌乳杆菌的丰度增加，梭状芽孢杆菌减少。用GOS专门配制的含乳糖婴儿配方奶粉在双歧杆菌和乳杆菌中显示出显著增加。在针对健康成年人的临床试验中，发现鼻低聚糖可正调节双歧杆菌，而负调节梭状芽胞杆菌。组织溶梭菌和枯萎梭菌组。此外，棉子糖寡糖对肠道菌群的多样性没有任何显著影响。菊粉型果聚糖（包括主要的饮食来源）已显示出持续促进双歧杆菌的生长。动物研究表明，菊粉或菊粉型果聚糖（ITF）可以改变肠道微生物多样性和双歧杆菌丰度。在临床试验中进一步确定它被ITF促进。肥胖个体连续三个月以每天16 g的剂量补充ITF可以增加双歧杆菌和Fecalibacterium的丰度，并减少拟杆菌属的有害微生物群的丰度。在较低的菊粉补充水平（10–12 g/天）下，轻度便秘的人在健康成年人中表现出双歧杆菌的增加或双歧杆菌和铁杆菌的增加。在儿童（平均年龄10岁）中，三个月服用类似剂量的菊粉（10克/天）只会增加双歧杆菌的丰度，而不会影响双歧杆菌或拟杆菌的水平。另一项针对超重或肥胖儿童（7至12岁，每天8 g菊粉，持续16周）的研究表明，双歧杆菌增加，拟杆菌减少。总之，这些研究突出了一系列因素，包括剂量，菊粉类型和其他饮食因素（例如，总纤维摄入量），这些因素可能有助于ITF调节关键微生物。抗性淀粉是支持肠道健康的重要底物，因为它被多种有益的肠道微生物所利用。例如，Bifidobacterium sp., Fecalibacterium sp., Eubacterium sp.和 Ruminococcus sp.。服用抗性淀粉（100克/天，类型2 /类型4）三周的健康成年人体内的维生素C含量显著增加。患有代谢综合征的人证明抗性淀粉（2型）与阿拉伯木聚糖结合使用时，可以使肠道菌群向有益菌群发展（双歧杆菌浓度更高且不良菌属较少）并调整SCFA的组成，从而对结肠健康和代谢综合征产生有益影响。此外，一项使用抗性淀粉作为非消化性碳水化合物的饮食干预研究证实，其功能可实质性改变肠道微生物的组成，包括Ruminococcus bromii, Eubacterium rectale, Collinsellaaerofaciens和 uncultured Oscillibacter。临床试验中报道了丁酰化高直链玉米淀粉的干预，对于Red-meat增加的O6-甲基-2-脱氧鸟苷加合物水平导致的参与者肠道菌群的失调，可以增加有益菌群的数量，例如Lactobacillus sp., Clostridium coccoides, C. leptum group和Ruminococcus bromii,并降低了R. torques 和 R. gnavus的丰度。一项为期六周的饮食干预研究在饮食诱导的肥胖大鼠中添加了10％的低聚果糖，从而增加了双歧杆菌，乳杆菌和Roseburia菌的丰度以及梭菌leptum减少。在健康的婴儿中，食用含有低聚果糖（3 g / L八周）的婴儿配方食品会增加双歧杆菌的粪便水平。另外，葡萄糖，聚右旋糖（PDX）的合成聚合物具有与其他膳食纤维相似的生理效果，并且在动物中测试时显示出益生元的潜力。益生元的饮食干预已显示出选择性刺激一种或有限数量的肠道细菌的生长和/或活性，这些细菌对健康具有多种生理益处。在三周的innervation期间，在18至50岁健康受试者的临床试验中，PDX（8 g /天）进一步报道了梭状芽胞杆菌I，II和IV以及肠球菌（Ruminococcusintestinalis）被促进。饮食中的碳水化合物可调节人类和动物体内有益健康的微生物。高纤维饮食在人和实验动物中可增加双歧杆菌的含量，减少F/B的比率。GOS和其他碳水化合物的益生元潜力是众所周知的，它们的补充导致大量的Bifidobacterium sp., Lactobacillus sp., Akkermansia sp.,Fecalibacterium sp., Roseburia sp., Bacteroides sp.和 Prevotella。阿拉伯木聚糖，抗性淀粉和菊粉型果聚糖调节有益健康的细菌，例如Bifidobacterium, Fecalibacterium和 Lactobacillus。还发现低聚果糖和聚右旋糖可调节许多有益健康的细菌，例如Roseburia, Clostridium lepum和Ruminococcus intestinalis。研究还显示，在肥胖个体中观察到某些碳水化合物对营养不良的恢复功能，因此这些碳水化合物可用作代谢性疾病的治疗干预措施。
2.2 脂质
饱和脂肪和/或总脂肪高的饮食模式始终显示出对肠道微生物组的不利影响。 15份临床报告（包括6项随机对照干预研究和9项观察性研究）表明，总脂肪高和饱和脂肪的饮食对肠道菌群的丰富性和多样性具有负面影响。这些发现在啮齿动物中精心控制的喂养试验中得到了支持，该试验表明，饮食中脂肪含量从44％到72％的食物会增加肠道菌群的F / B比。尽管已经表明肠道菌群中F / B比的变化取决于肠道区域和摄入时间，但F / B比的变化随饮食中脂肪的量而变化（表4）。）。在大鼠中，食用混合的HFD（范围为44％-72％）可增加厚壁菌门的丰富度，降低拟杆菌的比例，从而导致F / B的比例增加。众所周知，拟杆菌和厚壁菌在肠道中占主导地位，但是其组成却各不相同。例如，遗传肥胖的ob / ob小鼠表现出较少的拟杆菌属和较多的厚壁菌。同一研究小组发现，肥胖表型可以通过肠道菌群移植在小鼠中传播。肥胖增加了F / B比率，从而增加了Firmicutes的丰度。在“肥胖微生物群”定居后，小鼠体内的总脂肪显著增加，并且从饮食中获取能量的能力也增加了，从而促进了肥胖的病理生理过程。但是，饮食脂肪的含量从20％到40％不等会导致F / B比率降低，或者其比率没有明显变化。此外，HFD诱导的大鼠模型中的肠道微生物模式显示Clostridiales微生物丰富，而Lachnospiraceae微生物含量降低，这可能是由于其与体脂百分比有关。乳酸杆菌的减少被认为与高脂肪有关，而其丰度与体重和脂肪量呈负相关。在最近的一项随机、控制喂养的临床试验中，据报道健康的年轻人消耗40％的脂肪与肠道菌群的不利变化有关，因为该干预导致Bacteroides and Alistipes的有害种类增加，据报道，这两个物种在2型糖尿病（T2 DM）患者中丰富，而Fecalibacterium属的有益细菌数量却减少了。然而，就增加肠道菌群Fecalibacteriumsp和Blautiasp而言，脂肪消耗的20％表现出积极作用。在患有代谢性疾病，肥胖症和冠心病的人中，将脂肪摄入降低到不足35％的脂肪有助于恢复肠道微生物组。这项研究的结果表明，低脂饮食对人的干预取决于代谢功能障碍的程度，因为如果没有被诊断出患有代谢病，人们的饮食就不会改变。此外，最近已经报道了根据饮食对肠道微生物群形成性别依赖性的作用。研究人员观察到，食用低脂饮食三年后，患有代谢综合症（MetS）的男性比具有MetS的女性具有更高的Roseburia，Holdemania和Desulfovibrio丰度，这对男性而非女性产生了不利影响。研究人员还探索了饱和脂肪和不饱和脂肪对肠道微生物组的调节和多样性的作用。Patterson等人的研究显示，不同类型的饮食脂肪可增加整体肠道菌群多样性，但在小鼠模型中彼此之间无显著差异。在一项饮食干预研究中，喂食富含饱和脂肪酸的棕榈油的小鼠导致拟杆菌的数量减少，并且肠道菌群组成的变化趋势已被证实与肥胖的发生呈正相关。相似的研究发现，摄入饱和脂肪（含HFD的棕榈油）（脂肪含量为45％）会在小鼠模型中引起较高的F / B比，并且与喂饱不饱和脂肪的小鼠（橄榄油）相比，对肥胖的发展具有更大的刺激作用。饱和脂肪饮食通过促进宿主胆汁成分的变化而改变了肠道微生物的组成，从而导致可扰乱免疫稳态的菌群失调。相反，饱和脂肪之一，中链脂肪酸，已显示出抗菌作用。与棕榈油，亚麻籽油和鱼油相比，盲肠中富含不饱和脂肪酸的橄榄油增加了共生细菌和Bacteroidaceae的数量。亚麻籽/鱼油与低脂饮食一起施用时，通过增加双歧杆菌的含量，在宿主肠道菌群组成上产生了双歧作用。Akkermansia和Bifidobacterium也被认为与食用益生元有关，据报道它们在HFD的影响下呈下降趋势。肠内补充多不饱和脂肪酸（PUFA）与有害细菌（例如链球菌属和大肠杆菌）的丰度降低，进行肠道造口术的早产儿细菌多样性增加有关。从临床研究中还回顾到，富含单不饱和脂肪酸的饮食可减少细菌总数，而富含多不饱和脂肪酸的饮食对肠道菌群的丰富度和多样性没有影响。饮食中脂肪的数量和类型均可调节F / B比例，并对肠道中的有害微生物和有益微生物均产生影响。特别是，饱和脂肪会持续降低有益健康的微生物（例如Bifidobacterium 和 Fecalibacterium），而不饱和脂肪则会增加阿克曼和双歧杆菌的含量，并减少有害细菌（例如链球菌和大肠杆菌）。另外，饱和脂肪可以增加F / B比，不饱和脂肪可以降低F / B比，因此，根据脂肪质量，它们对人体健康的影响可能会有所不同。迄今为止的临床研究表明，高脂饮食会损害肠道健康，因为它会减少有益微生物的数量，但是如果遵循低脂饮食，这可以逆转。
2.3 蛋白质
临床和临床前研究表明，饮食中蛋白质的类型和数量对肠道菌群有实质性影响。动物模型的证据表明，蛋白质质量影响肠道菌群的组成。例如，在一项临床前研究中，与酪蛋白相比，干酪乳清蛋白可作为乳酸菌和双歧杆菌粪便计数的生长因子。研究还表明，基于乳清蛋白的饮食可减少肠道中梭状芽胞杆菌的含量。绿豆蛋白显示可以逆转小鼠中HFD诱导的F / B比。在HFD小鼠模型中，绿豆蛋白还增加了Ruminococcacea家族的丰度。基于这一观察，作者假设由Ruminococcacea家族成员介导的胆汁酸代谢将对HFD小鼠产生健康益处。与基于植物的蛋白质干预的证据相反，含酪蛋白的日粮增加了仔猪的粪肠杆菌科细菌和减少了粪乳杆菌。此外，当喂食含有大量肉和海鲜的西方饮食时，小鼠中的Bacteroidales 和 Clostridiales水平较高。研究还表明，与食用植物蛋白的小鼠相比，基于动物的蛋白质可通过增加潜在的有害肠道微生物群（即Enterococcus, Streptococcus, Turicibater和 Escherichia属，以及Peptostreptococcaceae Ruminococcaceaea科）来增加对肠道炎症的敏感性。最近的一项临床研究强调，酪蛋白和大豆蛋白饮食应谨慎考虑，因为它们似乎会干扰超重个体直肠黏膜中的正常基因表达。作者无法发现微生物多样性的任何变化或特定分类单元的丰度变化，但可以发现特定微生物产生的有益和有害代谢产物。具体而言，作者发现氨基酸降解的代谢物含量较高，但丁酸盐浓度降低与Clostridia, Oscilospira, Butyricimonas和Odoribacter属的特定细菌高度相关。尽管有人认为蛋白质来源对细菌群落的组成有很大的影响，但其他研究表明蛋白质的数量对其肠道微生物的调控也非常重要。在一项研究中，小鼠接受低脂饮食（10％脂肪），HFD（45％脂肪）喂养21周，酪蛋白（20％kJ）或乳清蛋白分离物（WPI）含量为20％，30％或40％kJ。这项研究的结果表明，对于接受20％WPI的实验动物组，肠道菌群中的Proteobacteria和Actinobacteria菌的丰度增加。当蛋白质从20％增加到40％时，放线菌门的结果与HFD组相反。在健康的运动员饮食中补充70天的蛋白质（乳清分离物（10 g）和牛肉水解物（10 g）的混合物对肠道菌群有负面影响，从而导致有益于健康的菌群水平降低，即Roseburia，Blautia和长双歧杆菌，以及拟杆菌门的微生物群增加。接受麦芽糊精的对照组没有显示出这种效果。另外，不同的蛋白质蒸煮方法可能对肠道菌群有不同的影响。对人体肠道菌群的体外研究表明，在含有油炸肉与含有煮肉的发酵相比，C.hidtolyticum/perfringens是常见的食源性病原体，可产生肠毒素，引起多种病理。因此表明烹饪方法和肉的类型会影响人类肠道菌群内的发酵特性。从以上讨论可以推断，蛋白质的质量和数量都可以影响肠道菌群的组成和多样性。乳清蛋白以较低的浓度在HFD小鼠中产生双歧作用，而以较高的浓度则逆转这种作用。绿豆蛋白有助于逆转HFD小鼠模型中的F / B比，基于动物的蛋白可通过增加潜在的有害肠道菌群来增加对肠道炎症的敏感性。健康成年人中的混合蛋白补充剂对有益微生物群（如Roseburia, Blautia和Bifidobacterium longum）具有负面影响。此外，还显示出不同的烹饪方法对肠道菌群有不同的影响。需要更多的临床前/临床试验来总结各种蛋白质补充对肠道菌群的作用。肠道菌群失调已日益被认为是2型糖尿病（T2 DM），心血管疾病，儿童过敏/成年期以及许多其他代谢和传染病发展的关键因素。肠道菌群是改善人类健康的潜在目标，饮食成分（微量营养素和大量营养素）被认为发挥重要作用（图1）。
图1. 潜在和有益或有害的肠道菌群上的微量营养素和大量营养素
有一致的证据表明，多酚对促进肠道中有益微生物的丰富有相当大的作用，这可能有助于改善肠道以外的健康状况。动物模型中的特定多酚已被证明可以降低F / B比。体外测定还显示了特定多酚减少有害/致病微生物数量的能力。被多酚正调控的主要有益微生物包括Bifidobacterium, Lactobacillus, Akkermansia和 Fecalibacterium sp。一些特定的多酚可调节其他有益微生物，例如Clostridium coccoides-Eubacterium rectale group, Eubacterium dolichum, Lactococcus lactis,Ruminococcus torques, Clostridium hathewayi, Bacteroides uniformis, Prevotellasp., Blautia coccoides和Eggerthella lenta（表1和图1）。维生素构成了第二种主要的微量营养素，可调节有益于肠道的肠道微生物。维生素对调节有益健康/有害微生物表现出明显的反应，补充维生素A，C，D和E对有益健康的微生物（如双歧杆菌，阿克曼菌和乳酸菌）具有积极影响。维生素A在菌群失调的ASD患者肠道中发挥正常菌群的恢复功能并有望探索维生素A在ASD和其他类似疾病中的治疗潜力。应注意服用维生素B，因为它可以激活病原生物的毒力，并且还能够上调某些有害细菌。在文献中对于矿物质和微量元素在调节肠道菌群中作用的探讨呈现为一种严重的稀缺性。但是，补充钙，镁，磷，硒和锌表明，可能存在一些支持有益肠道细菌的小效应，包括Akkermansia, Bifidobacterium 和 Ruminococcus。缺铁婴儿中的补铁已被证明可以调节有害的和潜在的致病菌群。补充碘会导致Fecalibacterium prausnizii的丰度降低，而硒的补充会导致Dorea Mucisprillum的丰度降低。需要更多的研究来证实总结这些结论。在大量营养素的作用下，碳水化合物是有益健康微生物的主要调节剂。膳食纤维，阿拉伯木聚糖，GOS，菊粉型果聚糖，抗性淀粉和聚右旋糖酐具有主要的双歧化作用，并且可以积极调节肠道中有益健康的微生物。由这些主要碳水化合物调节的主要有益健康的微生物是Bifidobacterium sp., Lactobacillus sp, Akkermansia sp, Fecalibacterium sp., Roseburia sp.,Bacteroides sp. and Prevotella, Roseburia, Clostridium lepum 和 Ruminococcus intestinalis（表4和图1）。还发现特定的碳水化合物会降低F / B比。动物实验表明，饱和脂肪和不饱和脂肪对肠道菌群的调节作用相反。与饱和脂肪相比，含不饱和脂肪的饮食可以增加有益肠道菌群的数量，并减少有害的肠道菌群（表4和图1）。高脂饮食可能导致肠道菌群失调，从而增加F / B比。地中海饮食和低脂高碳水化合物饮食在肥胖人群的肠道中调节了两个丁酸盐生产者（Roseburiasp。和Fecalibacteriumprausnitzii），并与这些人群的胰岛素敏感性相关。这项研究进一步证实了通过调节肠道菌群，低脂饮食对健康的益处。膳食蛋白质的高摄入量降低了有益于健康的微生物的数量，目前尚不清楚这是否来自动植物来源的蛋白质。膳食蛋白质的质量和数量会影响肠道菌群。使用确定的蛋白质探索其对肠道微生物调节作用的研究非常缺乏。需要更多的临床/临床前研究来就蛋白质补充进行有益的决策，以调节有益健康的微生物。大量和微量营养素极大地影响了肠道微生物组的组成和/或多样性。例如，包括AX，RS，菊粉，寡糖和GOS在内的可发酵膳食纤维会增加属水平上Bifidobacterium, Lactobacillus, Roseburia, Bacteroides,Akkermansia, butyrate-producing Fecalibacterium, and Ruminococcus的丰富度，这些与健康益处相关，而脂肪中能量含量超过44％的饮食会增加F / B的比例，而红酒/茶衍生的多酚可降低F / B的比例。膳食蛋白质的高摄入量降低了有益于健康的微生物的数量，目前尚不清楚这是否来自动植物来源的蛋白质。此外，某些微量营养素（例如维生素D和钙）在肥胖模型中通过增加双歧杆菌，乳杆菌，恢复Ruminococcus和Akkermansia来调节肠道菌群向健康表型的作用表明饮食干预研究可能会改善健康状况。尽管本综述总结了当前特定的微量和宏观营养素对调节肠道菌群的影响方面的关键研究成果，但仍缺乏有关这些特定营养素成分如何改变人类肠道菌群的数据。人性化的小鼠模型和gnotobiotic小鼠模型可以提供进一步的信息。尽管这些模型有几个局限性，但它们可以使饮食模式和营养素得到精心控制，并可以评估微生物的变化。此外，需要进行定义明确的饮食干预研究，利用各种各样的个体来更好地了解个体及其内部微生物群对饮食模式和特定食物成分的不同反应的个体内和个体间差异。
