菌群決定你吃什麼，一場營養科學的革命！

06-25

文獻ID：

標題：Feeding the microbiota: transducer of nutrient signals for thehost

發表期刊：Gut

影響因子：16.658

年份：2017

發表作者及單位：FergusShanahan ,University College Cork

關鍵詞：信號轉導，個體化營養,代謝產物配方食品

導讀：

菌群研究帶來營養科學的革命，促進流行病學觀察走向機制研究；
菌群向宿主傳遞營養信號，而食物的組成與多樣性決定菌群的組成；
單一化的飲食結構會導致菌群多樣性降低，與炎症風險相關；
菌群研究促進嬰兒和其他配方食品的開發，為個體化營養提供了可能。

腸道微生物起到宿主營養信號轉導的作用，食物與飲食習慣塑造了早期生命階段腸道微生物的組成。本文綜述了近期營養學臨床研究相關進展，可能對與現代營養評估方法與未來食品設計產生革命性影響。

1.飲食-微生物-宿主的相互作用

我們人體自身的免疫、代謝、神經內分泌系統與環境因素能做出反應，同時也塑造了獨特的腸道微生物的組成，飲食及營養信號極大地影響這腸道微生物的組成。

飲食-微生物-宿主相互作用的複雜性與交叉互聯性

膳食脂肪刺激了膽汁酸經過肝腸循環釋放到消化道，初級膽汁酸經過解離與轉化形成次級膽汁酸，改變來自宿主抗菌成分的表達與產生可以影響腸道菌群組成。如再生胰島素衍生蛋白3γ（RegIIIγ），對腸粘膜屏障功能與炎性小體活性有影響。膽汁酸信號轉導通過表面受體TGR5與核受體FXR調控下游腸道運動性與分泌功能，膽汁酸鹽與腸道中一些菌如Akkermansia能上調RegIIIγ，而高脂飲食降低RegIIIγ水平。此外，飲食來源的短鏈脂肪酸SCFAs影響範圍更大，不僅為結腸上皮細胞提供能量，還能與宿主的代謝產物如膽汁酸、激素（胰高血糖素樣肽YY）發生相互作用，同時對腦-腸軸、神經內分泌系統及肝臟、外周組織代謝產生多重影響。不過一些研究認為乙酸可能存在劑量依賴性的，乙酸過多會導致宿主肥胖與代謝性疾病的發生。

2.特定微生物代謝產物與健康與疾病的關聯

腸道菌是維生素K、葉酸、硫胺素（維生素B）等的來源。色氨酸是重要的飲食來源氨基酸，經腸道菌代謝成吲哚，作為芳香烴受體（AHR），促使免疫細胞產生IL-22，對腸道炎症有保護作用，此通路的損害與Card9基因的缺失有關，並導致IBS的遺傳易感性。核黃素（維生素B2）的產生也是營養、微生物與宿主免疫綜合作用的結果，使得粘膜有關T細胞保護宿主不受病原菌的影響。

與飲食有關的某些代謝產物與疾病的風險因素也有關，如草酸，會提高腎結石風險，有意思的是草酸能被Oxalobacterformigenes與很多Lactobacillus菌降解。

腸道菌膽鹼代謝產物TMA經肝臟氧化成的TMAO與動脈粥樣硬化的病程進展有關，涉及到多種機制，其中包括改變甾醇與膽汁酸代謝與巨噬細胞的激活。TMA有腸道微生物產生，還有些腸道菌（如產甲烷菌archealmethanogens）則能夠消除TMA。此外，革蘭氏陰細菌細胞壁成分LPS，高脂飲食有關的炎症風險以及肥胖有關的代謝紊亂包括糖尿病（代謝性內毒素血症）均與LPS有關。

3.新生兒腸道微生物

人體母乳成分包含重要的營養素、免疫保護分子如IgA,乳鐵蛋白、防禦素-1、溶解酵素、複雜的脂類與共軛聚糖。而母乳多糖HMOs，是遊離寡糖，有助於新生兒腸道及腸道微生物的發育成熟。母乳成分結構複雜，由於半乳糖、葡萄糖、n-乙醯葡糖胺、岩藻糖、N-乙醯神經氨酸五個主要組分聚合與組裝程度不同，這就導致已知的HMO結構就超過100種。HMOs能夠抵抗胃酸與消化酶的降解作用，吸收較少，作為新生兒腸道菌群發育的底物。HMOs在一定程度上決定了母乳餵養的新生兒腸道菌群中Bifidobacterium屬的優勢地位。母親HMOs中岩藻糖基化減輕，導致Se/Le基因下調，影響到新生兒腸道菌中bifidobacterial的組成。

4.營養不良情況下的腸道菌群

營養不良會導致認知障礙、感染性疾病風險的增加，腸道菌群發育也不成熟。無菌小鼠糞菌移植實驗表明：飲食是腸道菌群發育不成熟與大腦損傷、免疫與代謝發育不完善的因素之一。腸道菌與體重的增加有關，限制營養不良有關菌的活性有助於氨基酸的利用、能量消耗以及減肥。

營養不良情況下腸道菌群

研究發現將健康兒童的菌群移植到幼鼠中，即使用營養缺陷型飲食餵養，小鼠生長依然正常。而移植髮育不良兒童腸道菌到小鼠體內，導就會致生長發育遲緩，在初次定製時移植特定菌株或者補充母乳寡糖，則發現小鼠生長正常。

5.營養過剩情況下的腸道菌群

營養過剩時，能量被儲存為脂肪，可能導致肥胖。但能量攝取率關聯到免疫、代謝以及微生物信號轉導，受宿主遺傳、環境因素、生活方式等影響。

營養過剩情況下腸道微生物組成

將肥胖與偏瘦人的菌群分別移植到無菌小鼠中，反映除菌群對宿主體重與代謝的影響。人與人之間糞便移植說明了偏瘦捐獻者的腸道菌群能夠改進肥胖受體胰島素敏感性。

腸道微生物基因（丰度）與代謝相關markers正相關，而肥胖與胰島素耐受腸道微生物基因數目較低。Prevotellacopri 與Bacteroidesvulgatus與支鏈脂肪酸的生物合成與胰島素耐受有關。偏瘦個體菌群移植到肥胖個體內，在短時期內會改善糖耐量。改變腸道菌群是減肥簡單而有效的策略方式，相反的，有些菌如Akkermansia muciniphila與人和鼠類在肥胖與胰島素耐受上是負相關的。

6．飲食多樣性

飲食結構單一會導致腸道微生物多樣性降低，與炎症反應與的marker增多有關。

多元化飲食

腸道中，飲食多樣性與微生物多樣性相關，單一飲食（卡路里與能量充足）的老年人常常腸道微生物多樣性較低。關鍵微生物的缺失會增加疾病風險，Clostridium difficile.的增長敏感性高。

健康人高纖維飲食能改善糖耐量，且Prevotella/Bacteroides比率更高。因此飲食應該個性化，可以基於微生物組biomarker作為營養評價的標記與診斷策略。

7.食品添加劑

人造甜味劑雖然卡路里低，但對菌群也有影響，可能會導致葡萄糖耐受。動物實驗表明：乳化劑會擾亂腸道黏液，提高黏膜滲透率，進而改變腸道菌群的組成（Bacteroidales減少，Ruminococcus gnavus以及其他粘液菌增多），最終導致低程度的炎症反應，體重增加，產生代謝綜合征，研究者認為乳化劑會使結腸功能惡化，臨床表現出結腸相關的致癌性。

8.個性化營養

腸道菌對飲食的響應可以作為個性化營養的biomarker,引用機器學習演算法，整合菌群組成與相關生理檢測、生活習慣、代謝情況、營養指標預測個體對飲食的利用情況，並進行相應的飲食調整。

9.健康的飲食、生活方式

地中海飲食：對健康有益，在腸道菌與宿主代謝組等多個方面得到證實。

健康的生活方式：飲食多樣化、限制加工食品的使用、避免長時間節食、食用足夠膳食纖維、養成鍛煉習慣。

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