?膳食成分與腸道菌群相互作用

07-26

膳食成分與腸道菌群相互作用

石塔拉^1,2，高蔚娜¹，郭長江¹

（¹軍事醫學科學院衛生學環境醫學研究所，天津300050; ²濱州醫學院，煙台264003）

　　腸道是人體重要的消化系統，食物在腸道中數百種菌群作用下更有效的被機體吸收利用。健康成年人腸道主要由擬桿菌、厚壁菌及少量的放線菌門和變形菌門組成。腸道內菌屬之間適宜的比例在提高宿主食物消化吸收、改善免疫功能和腸道屏障等方面起著至關重要的作用，同時，膳食成分對腸道菌群的構成也有顯著影響。腸道菌群的失衡與慢性代謝性疾病、過敏、肝病、結腸癌等有密切關係，也影響人智力和情緒。腸道菌群的平衡除了受宿主遺傳、藥物使用等因素外，大概有50%以上菌群多樣性受膳食因素的影響。

碳水化合物

碳水化合物健康成人每天攝入的碳水化合物中至少有20～60g會到達大腸與其菌群相互作用。谷薯類和根莖類蔬菜之中的不同結構的抗性澱粉(RS1～4)，對腸道菌群的影響不同，RS3可增加腸道中直腸真桿菌、布氏瘤胃球菌和雙歧桿菌，RS2增加直腸真桿菌和布氏瘤胃球菌，RS4則增加青春雙歧桿菌和吉氏擬桿菌數量。之外，常用於嬰幼兒奶粉中的低聚半乳糖，可增加青春和鏈狀雙歧桿菌及普拉氏梭桿菌數量。菊粉和果聚糖混合物可提高青春和長雙歧桿菌的數量，並生成一定量的乳酸、甲酸、醋酸或被降解成較小的低聚糖而增加霍氏真桿菌和丁酸弧菌併產生丁酸。可降解纖維素的菌群有梭菌屬、真細菌、瘤胃球菌屬、擬桿菌屬，其中優勢菌群和降解程度受甲烷排泄的影響，甲烷排泄個體以厚壁菌，非甲烷排泄者以擬桿菌為優勢菌。碳水化合物被發酵過程中所生成的SCFA可通過促進糖合成調節中樞系統，或通過抑制組蛋白去乙醯化酶活性，激活G蛋白受體而分泌高血糖素樣肽而影響機體。其中乙酸和丙酸可抑制TNF-α的釋放，防治結腸炎，丁酸能有效抑制結腸腫瘤細胞增殖、誘導腫瘤細胞分化和凋亡、影響原癌基因的表達，預防和治療結腸癌，而未被吸收的部分可調節腸道內環境的氧化還原平衡而影響肥胖、糖尿病等代謝相關疾病發生風險。

蛋白質

蛋白質人每天攝入蛋白質中的10%左右可進入大腸，在鏈球菌屬、芽孢桿菌屬、丙酸桿菌、葡萄球菌等菌群作用下生成氨基酸，並在氨基酸分解酶作用下產生NH₃、H₂S、SCFA、多胺化合物、吲哚及酚類化合物。生成的多胺類物質與結腸細胞內的多種大分子物質結合，影響細胞的生長和增殖，誘發相關的疾病。異丁酸、2-甲基丁酸、異戊酸，生成量的增加會破壞腸道菌群平衡，引起炎症性腸病或肥胖。蛋白質也是L-肉鹼的主要來源，在發酵過程中L-肉鹼會生成引發動脈粥樣硬化的三甲胺。但高蛋白飲食不一定都引起有害作用，如糖化豌豆蛋白的攝入可增加乳酸桿菌和雙歧桿菌數量和糞便中乳酸含量。除外，大概有30%左右的蛋白質可轉換成SCFA，並且膳食營養素之間的比例也會影響蛋白質營養價值，如提高食物中碳水化合物的比例會限制蛋白質水解發酵，而減少有害代謝產物的生成。

脂類

脂類在小腸消化吸收的比例較大，糞便中測得的脂肪酸只有7%左右。但高脂飲食-腸道菌群-肥胖相關研究越來越引人注目。肥胖與厚壁菌門/擬桿菌門比例呈負相關，菌群通過改變血清、脂肪組織、肝臟中脂類代謝物種類，而間接影響脂類和能量代謝。腸道有些菌群可產生膽固醇氧化酶，將膽固醇氧化成膽固烯酮，進而被降解成膽固烷醇和糞固醇，加速膽固醇的降解排泄，或在膽汁酸水解酶的作用下產生遊離膽汁酸而降低血膽固醇水平，或抑制艱難梭菌的生長。某些腸道菌群也作用於卵磷脂的代謝過程，生成三甲胺，並在肝臟黃素單加氧酶作用下形成N-氧化三甲胺，從而增加心血管疾病的發生風險。高脂飲食也會明顯減少羅氏菌(Roseburia)數量以及肥胖、膽固醇血症和脂肪酸吸收代謝相關基因的表達，而間接引發炎症。

礦物質

礦物質食物中礦物質種類和含量對宿主腸道菌群的組成也有一定的影響。如鐵調節蛋白2（Irp2）及變異基因Hfe增加腸桿菌屬、腸乳桿菌屬數量。發酵過程中產生的有機酸可促進礦物質和氨基酸的結合併提高其吸收率。

維生素

維生素腸道菌群可生成的維生素有B₁，B₂、C、K、尼克酸、生物素和葉酸等。雙歧桿菌屬和乳酸桿菌屬含有葉酸合成酶，6-羥甲基-7,8-蝶呤焦磷酸（DHPPP）和對氨基苯甲酸（PABA）是腸道菌群合成葉酸的必需物質。合成維生素B₂的腸道菌群有枯草芽孢桿菌、大腸桿菌和沙門氏菌，為機體提供GTP和5-磷酸-D-核酮糖的基礎上，在多種酶的作用下生成維生素B₂。生物素的合成需要庚二醯輔酶A的參與，維生素K的生成主要是由擬桿菌屬、真細菌屬、丙酸菌屬和蛛網菌屬完成。

多酚類物質

多酚類物質在體內生物利用度較低，多數到達大腸與菌群相互作用。

茶多酚生物活性成分兒茶素、表兒茶素沒食子酸等會抑制常見有害菌的生長，並可以緩解炎症性腸病癥狀。

蔬菜水果多酚中花青素可以促進腸道乳酸桿菌和雙歧桿菌增殖，富含原花青素的葡萄籽提取物可以降低人腸道pH值，減少硫化合物的形成，增加雙歧桿菌數量。花色苷單體矢車菊素-3-葡萄糖苷腸道菌群代謝產物原兒茶酸可通過降低miRNA-10b水平，提高ABCA1/ABCG1蛋白和mRNA表達來提高巨噬泡沫細胞膽固醇外流能力防動脈粥樣硬化。白藜蘆醇促進雙歧桿菌和乳酸桿菌、丁酸生成菌群生長。健康人每天適量飲用紅葡萄酒，可增加厚壁菌、擬桿菌、雙歧桿菌、普氏菌的數量。另外，蘆丁和槲皮素可以降低大腸桿菌克雷伯氏菌和變形桿菌的增殖速度。而且這些酚類物質經腸道菌群代謝生成的SCFA量高於碳水化合物，部分酚類物質在腸道菌群代謝酶的作用下其抗氧化能力也有所提高，酚類及其代謝產物可通過降低腸道pH值，限制蛋白質水解細菌的數量及其代謝酶活性或減少蛋白酶相關基因表達途徑減少吲哚類有害代謝產物的生成，也可通過提高腸緊密連接蛋白表達保護腸屏障完整性來減少有害代謝產物的侵入。

大豆多酚中大豆異黃酮被腸道屎腸球菌、粘膜乳桿菌、雙歧桿菌降解而生成的雌馬酚可用於緩解更年期癥狀，抑制癌細胞的轉移、入侵，誘導癌細胞凋亡發揮抗癌的作用；也可通過抑制或激活不同類型一氧化氮合酶發揮抗炎症作用。

膳食成分與腸道菌群相互作用在人類健康促進過程中有重要意義。探討膳食成分—腸道菌群—疾病預防相互作用及其機制，可為預防疾病、開發新的藥物和保健食品提供新的思路。

全文發表於《營養學報》2016年38卷6期530-536頁。