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        健康與生活技術與應用

        膳食對腸道菌群結構、代謝和功能的影響

        發布人:奧姆龍   時間:2020-04-09   閱讀:1613

        導讀
               腸道菌群參與機體食物消化、營養代謝吸收、藥物代謝、能量供應、必需維生素的生成、免疫調節、胃腸道穩態的維持等重要生理過程。腸道菌群失調與IBS、IBD、結腸癌、肥胖、糖尿病等疾病的發生均有一定相關性。膳食是胃腸道與外界最直接的聯系,越來越多的研究表明,膳食會影響腸道微生物的基因及其組成,不同代謝底物的優勢菌群差異明顯,從而影響腸道菌群的結構和功能。
        一、腸道菌群的結構與營養代謝特點
               人體腸道中約有1×1014、超過1000種的細菌,其編碼基因的數目是人體自身基因的150倍,不同個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、維生素等營養物質代謝的基因,其主要的物質代謝方式包括發酵(電子在有機碳之間的循環)、甲烷化(電子從有機碳向無機碳流動)和硫還原(電子從有機碳向硫酸鹽流動)。腸道菌群可將宿主體內難以消化的碳水化合物分解轉化為可吸收的單糖或短鏈脂肪酸(short-chain fatty acid,SCFA),并為結腸細胞提供主要能量來源,促進腸道上皮細胞發育,調節胰高血糖素樣肽1(glycagon like peptide 1,GLP-1)產生,還與宿主之間存在腸肝循環等共代謝關系。


        二、膳食與腸道菌群結構
               膳食結構,又稱膳食模式。Wu等研究表明,人體腸道中優勢菌群與長期膳食結構中蛋白質、脂肪和糖類成分的比例有關。素食者與喜食肉者的腸道菌群結構存在明顯差異,素食者的腸道菌群以產氣莢膜梭菌(Clostridium perfringens)和多枝梭菌(Clostridium ramosum)為主,長期高水平食肉者的腸道優勢菌群則主要是普拉梭桿菌(Feacalibacterium prausnitzii)。不同國家或地區人群的腸道菌群結構差異明顯,可能與膳食結構長期不同相關。
        1. 膳食蛋白質對腸道菌群結構的影響
               膳食蛋白質對腸道菌群結構影響的研究主要集中在高蛋白質水平和不同蛋白質種類方面。高蛋白質飲食人群的腸道菌群中擬桿菌屬、普氏菌屬、顫螺旋菌屬(Oscillospira)、梭桿菌屬產氣莢膜梭菌、芽孢桿菌屬和薩特菌屬的數量較普通飲食人群增加,而厚壁菌門(Firmicutes)數量減少。
        蛋白質可通過細菌的發酵、甲烷化、脫羧反應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脫竣反應產生胺類,這些代謝終產物改變了細菌的生長微環境,使細菌獲得一定的生長優勢,從而改變腸道菌群結構。
        2. 膳食脂肪對腸道菌群結構的影響
               目前,膳食脂肪對腸道菌群結構影響的研究主要集中在高脂飲食方面。Devkota研究發現,富含高飽和脂肪酸的膳食能夠促進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構。Brinkworth研究發現,相對于低脂飲食,高脂飲食人群 腸道菌群中雙歧桿菌的數量減少,但該研究尚有一定缺陷,未能明確影響腸道菌群結構的決定性因素是高脂還是低碳水化合物。Ley等研究發現,肥胖人群由高脂飲食轉變為低脂、低碳水化合物飲食時,隨著體質量的下降,腸道菌群的結構也發生變化,擬桿菌門數量增加,厚壁菌門數量減少,且兩者的數量比例逐漸接近健康人群。上述腸道菌群結構的變化可能與高脂飲食引起的腸道輕度炎性反應、氧化應激增加使胃腸道微生態失衡加劇有關。
        3. 膳食糖類對腸道菌群結構的影響
               低糖和高糖飲食均會影響腸道菌群的結構,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結直腸,從而對腸道菌群產生直接影響。

        膳食中膳食纖維所占的比例可顯著影響腸道菌群的結構,攝入的大部分膳食纖維不能被消化而到達結直腸,其吸附性、保水性、離子交換作用和凝膠的形成等,以及腸道內細菌產生的消化酶將其分解時產生的少量泛酸,都對腸道菌群的數量和種類有一定的調節作用。


        三、膳食與腸道菌群代謝產物
               多因素共同參與了腸道菌群的代謝,其中膳食因素發揮重要作用。未消化的食物(主要包括蛋白質、碳水化合物等)是腸道菌群的主要代謝底物,其到達胃腸道后可供腸道菌群代謝,產生不同細菌代謝產物,從而對人體健康造成不同的影響。下面主要針對與人體健康相關的腸道菌群代謝產物以及三大營養物質對其產生的影響進行闡述。
        1. 腸道菌群代謝產物
               腸道細菌利用碳水化合物和蛋白質為底物進行厭氧發酵,其產物對人體正常的生理活動具有重要意義。
        SCFA主要由擬桿菌門和梭菌代謝產生,是膽固醇合成及肝臟糖異生的底物和腸道上皮細胞的主要能量來源,還可以保持腸黏膜的完整性,抑制腸癌和炎性反應的發 生;雌馬酚由真桿菌梭菌代謝產生,具有抗氧化、抗炎、降低骨質流失和調節雌激素的作用;雙歧桿菌代謝產生的維生素B9可調節細胞的生長和增殖;羅伊乳桿菌代謝產生的維生素B12可剌激神經系統發育;雙歧桿菌和長雙歧桿菌代謝產生的共軛亞油酸可以調節免疫系統、降低代謝綜合征發生的風險;而脆弱擬桿菌代謝產生的多聚糖A能夠降低促炎因子水平、提高抗炎因子IL-10水平,減少中性粒細胞滲透,抑制上皮細胞增殖。
        上述腸道菌群均代謝產生對人體有益的產物,但另一方面,部分腸道菌群的代謝產物則對人體不利。產甲烷菌產生的甲烷可能會減緩腸運輸速度;硫酸鹽還原菌和?;撬峤到饩a生的硫化氫能腐蝕腸黏膜,具有細胞毒性和遺傳毒性,可能與兒童自閉癥和結腸癌的發生、發展有關;硫酸還原菌和?;撬峤到饩a生的次級膽酸具有致癌、致突變作用;革蘭陰性桿菌的胞壁成分脂多糖可通過活化NF-κB促進炎性反應和樹突狀細胞成熟。
        2. 蛋白質/氨基酸對腸道菌群代謝產物的影響
               腸道細菌發酵蛋白質/氨基酸不僅產生有利于人體健康的代謝物,而且也產生不利于人體健康的物質。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節因素。
        3. 糖類對腸道菌群代謝產物的影響
               腸道菌群發酵糖類(碳水化合物)的主要產物是SCFA。與以蛋白質和脂肪為主要膳食成分的人群相比,長期以糖類為主要膳食成分的人群的腸道微生物代謝產物中SCFA含量相對較高。此外,一些不被人體消化酶消化的糖類,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,均可以被腸道細菌酵解,并可特異性地刺激對宿主健康有益的細菌如雙歧桿菌的生長和代謝活動。而低可發酵寡聚糖、二糖、單糖和多元醇(fermentable oligosaccharides,disaccharides,monosaccharides and polyols,FODMAP)飲食可減少酶缺乏導致的腸腔內滲透壓升高、腸黏膜機械性刺激增加、腸道菌群失調等改變,以及胃腸道運動、分泌、感覺異常,也可有效減少功能性胃腸病的腸道癥狀。
        4. 脂肪對腸道菌群代謝產物的影響
               高脂肪含量的食物富含磷脂酰膽堿和膽堿,腸道細菌能將其轉化成三甲胺,氧化的三甲胺進入血液可導致動脈粥樣硬化,從而引發心血管疾病。
        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,且對人體健康有重要意義。


        轉載 來源:魏慧, 段麗萍. 膳食對腸道菌群結構、代謝和功能影響的研究進展[J]. 中華消化雜志,如有涉嫌侵權,請聯系管理員刪除。

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