通过食物影响肠道微生物是调节人体健康最高效便捷的方式

我们每日的饮食不仅为人体提供了满足各种生命活动的营养,也为微生物的生存提供了物质基础,饮食对肠道微生物菌群的构成和稳定起到重要作用。今天我们就来探讨下饮食是如何通过肠道微生物调节人体健康的。

饮食干预的理想结果之一是将肠道中菌群的组成从与疾病相关的状态调整为更趋于平衡的微生态稳定。值得注意的是,与宿主基因组不同,微生物组具有很大的可塑性,可以很容易地适应各种环境和宿主衍生的刺激。

尽管极端的短期饮食变化仍可能使肠道菌群紊乱,但成年人的微生物适应能力却与长期的习惯饮食有关,通过恒定的食物来源,能不断塑造肠道生态系统。因此长期饮食干预可能最适合调节肠道菌群结构的方式。

微生物对营养素的竞争在控制平衡方面起着关键作用。由于微生物依赖于肠道中的食物来生存,因此肠道微生物通常被认为介导了食物与炎症反应的关联。

炎症性肠病(Inflammatory Bowel Disease,IBD)就是因为肠道菌群与肠道免疫系统之间的稳态被破坏,而导致的疾病。

除局部免疫反应外,肠道菌群还影响全身免疫成分,并与越来越多的免疫介导的炎性疾病(IMID)有关,比如糖尿病、关节炎、系统性红斑狼疮等。

肠道营养不良和相关的炎症也与癌症和心血管疾病有关。虽然流行病学研究已经发现了一些饮食与这些疾病发的关联,但是具体作用的机制还不清晰。

目前国内外已经有多篇研究成果揭示“饮食-肠道微生物-健康”的关系。

2021年Gut上发表的一项最新研究,揭示了肠道微生物在饮食和人体健康间发挥的作用。

该研究调查了荷兰173种饮食因素与1425个个体的微生物组之间的关系,这些个体包括四个大型队列:克罗恩病(Crohn disease,CD),溃疡性结肠炎(Ulcerative Colitis,UC),肠易激综合症(Irritable Bowel Syndrome,IBS)和一般人群(Healthy Controls, HC)。

研究发现无论是否存在肠道疾病(CD、UC、IBS),长期饮食模式与肠道菌群之间存在一致的关联。并鉴定出了饮食因素与微生物集群之间的38个关联,以及61种食物及营养与61个菌种及249种代谢通路之间的关联。

总体来看,在所有人群中,摄入加工食物及动物性食物与Firmicutes(厚壁菌门),Blautia(布劳特氏菌属)、Ruminococcus(瘤胃球菌属)、内毒素合成通路的丰度升高呈现正相关。

摄入植物性食物及鱼类与短链脂肪酸产生菌、多糖等营养代谢通路的富集相关,并与致病共生菌的减少相关。

该研究发现在所有人群中食用坚果、油性鱼、水果、蔬菜、谷类和红酒,会导致Roseburia(费氏杆菌)、Faecalibacterium(粪杆菌)和Eubacterium(真杆菌)的丰度升高,这些细菌因通过纤维发酵成SCFA而在肠道中具有抗炎作用而闻名。

已经越来越多的研究表明,富含多酚的食物(例如咖啡、茶、红酒和水果)具有抗炎作用。本次研究发现咖啡摄入量与高丰度的Oscillibacter(颤杆菌克属)存在显著关联,已有研究证明该菌在健康人群的肠道中富集。

此外,红酒摄入量与乙酸、丁酸产生菌之间存在正相关。红酒中的多酚已被证明可以增加Faecalibacterium prausnitzii(普拉梭菌) 和Roseburia hominis(人罗斯拜瑞氏菌)的丰度,同时降低健康和肥胖个体中的E.coli(大肠杆菌)和Enterobacter cloacae(阴沟肠杆菌)的丰度以及C反应蛋白(CRP)和胆固醇水平。

也有研究指出,酒精引起Bifidobacteria(双歧杆菌)减少和更高的内毒素产生,这会增加胃肠道癌症和肝病患者的肠道炎症的风险。

总之,这些发现与以前的研究结果一致,即摄入适量的红酒与较高的微生物多样性有关(一般情况下,微生物多样性越高越好);同时还表明酒精是限制因素,尤其是在肠道炎症的情况下。红酒中的多酚提取物可能具有增殖SCFA产生菌的作用,并通过宿主-微生物的共生关系促进益生菌的生长。

动物蛋白的摄入与Bifidobacteria(双歧杆菌)的丰度较低有关,但植物蛋白能诱导Bifidobacteria(双歧杆菌)的增加。

与纯素食相比,杂食动物中Bifidobacteria(双歧杆菌)的丰度较低。

鱼类的摄入会增加Roseburia hominis(人罗斯拜瑞氏菌)和Faecalibacterium prausnitzii(普拉梭菌)。

加工肉类、软饮料和糖会增加粪便钙卫蛋白(faecal calprotectin)的含量,以及Clostridium bolteae(鲍氏梭菌), Ruminococcus obeum(卵瘤胃球菌), Ruminococcus gnavus(活泼瘤胃球菌) and Blautia hydrogenotrophica(灵巧粪球菌)的含量,这些厚壁菌门的细菌会导致从食物中摄入过多的能量,与肥胖和免疫介导炎性疾病有关。

加工食物会增加粘液降解细菌(Ruminococcus gnavus(活泼瘤胃球菌), Akkermansia muciniphila(嗜粘蛋白-艾克曼菌)和Proteobacteria(变形菌门)的含量,产生内毒素以及诱导TH17细胞,诱发肠道通透性增加和肠道炎症。尤其是在纤维摄入量低的情况下,这些细菌会变成粘液层,导致肠壁被侵蚀。

高糖和软饮料的饮食、以及低蔬菜饮食与炎性肠病(IBD)有关。

从上述研究中可以发现,水果、蔬菜在人类健康中也扮演着重要的重要。在世界范围内,水果和蔬菜的摄入量过低是造成疾病和过早死亡的最主要饮食因素之一,水果和蔬菜的消费已被证明与较低的死亡率、癌症和心血管疾病(CVD)风险相关。

但是针对每天应该摄入多少的水果和蔬菜,这个目前还没有统一的标准。世界卫生组织、世界癌症研究基金和英国国家卫生服务部建议每天水果和蔬菜5份(每份约80g),而丹麦建议每天6份(每份约100g),澳大利亚建议每天8.5份(每份约75g)。《2015年至2020年美国人饮食指南》建议的“健康美式饮食模式”每天包含2.5份蔬菜和2份水果。

最近有两项关于中西方人群的研究揭示了水果、蔬菜的合适摄入量。

最近Circulation杂志近期发表了来自哈佛大学团队的最新研究,对美国护士健康研究(Nurses’Health Study,NHS)和健康专业人士跟进研究(Health Professionals’Follow-up Study,HPFS)两个大型队列以及额外24个前瞻性队列的数据进行分析。

检查了水果、蔬菜摄入量与总死亡率和特定病因死亡率之间的关系,并在长达30年的随访中对饮食进行了多次重复测量,最终结果表明每天摄入约5份的水果蔬菜(2份水果和3份蔬菜,1份约80克)时死亡风险最低,但是超过该水平时,该风险并未进一步降低。

而果汁和土豆的摄入量与死亡率无关。这项研究虽然是基于美国人群的,但是对中国的日常膳食指南提供了重要的参考。

近期阜外医院在Clinical Nutrition上发表的一项针对中国人群的大型队列研究,对41243名来自12个省的中国成年人,进行近10年的随访,发现较高的水果、蔬菜和豆类摄入量与心血管疾病(CVD)死亡率、癌症发病率、癌症死亡率及全因死亡率存在显著负相关。

为了降低死亡率,每日的推荐摄入量是4-5份水果、蔬菜和豆类(相当于500-625克),更高的摄入量无法进一步降低全因死亡率。

此外,很多动物实验表明,高含量饱和脂肪、饮食血红素、糖、盐、低含量纤维的食品会通过微生物的作用,诱导炎症和自身免疫,例如诱导T辅助17(TH17)细胞。

在小鼠和人类中进行的其他研究表明,在食品加工过程中添加的成分(包括饮食乳化剂,抗菌添加剂和人造甜味剂),会增加粘液降解菌和内毒素释放,进而导致肠道通透性增加和引起肠道炎症反应。相反,大量摄入的色氨酸和纤维通常会导致与结肠健康相关的免疫状态。

虽然通过功能性实验,对单个化合物的促炎和抗炎能力的认识正在逐步加深。但是,对于多样性食物和饮食方式如何影响肠道菌群和宿主,以及其中的作用机制,目前的认知仍然有限,仍需要进一步的研究。

但是一个重要的共识就是,保持健康的饮食习惯、多多摄入水果和蔬菜有利于肠道菌群稳态的维持,这对人体健康是至关重要的。

参考文献:

1、Bolte LA, Vich Vila A, Imhann F, Collij V, Gacesa R, Peters V, Wijmenga C, Kurilshikov A, Campmans-Kuijpers MJE, Fu J, Dijkstra G, Zhernakova A, Weersma RK. Long-term dietary patterns are associated with pro-inflammatory and anti-inflammatory features of the gut microbiome. Gut. 2021 Apr 2:gutjnl-2020-322670. doi: 10.1136/gutjnl-2020-322670. Epub ahead of print. PMID: 33811041.

2、Wang DD, Li Y, Bhupathiraju SN, Rosner BA, Sun Q, Giovannucci EL, Rimm EB, Manson JE, Willett WC, Stampfer MJ, Hu FB. Fruit and Vegetable Intake and Mortality: Results From 2 Prospective Cohort Studies of US Men and Women and a Meta-Analysis of 26 Cohort Studies. Circulation. 2021 Mar 1. doi: 10.1161/CIRCULATIONAHA.120.048996. Epub ahead of print. PMID: 33641343.

3、Liu W, Hu B, Dehghan M, Mente A, Wang C, Yan R, Rangarajan S, Tse LA, Yusuf S, Liu X, Wang Y, Qiang D, Hu L, Han A, Tang X, Liu L, Li W; PURE-China Investigators. Fruit, vegetable, and legume intake and the risk of all-cause, cardiovascular, and cancer mortality: A prospective study. Clin Nutr. 2021 Jan 27:S0261-5614(21)00026-1. doi: 10.1016/j.clnu.2021.01.016. Epub ahead of print. PMID: 33581953.

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