总结
肠道微生物群与健康之间存在密切联系,饮食结构通过影响肠道菌群多样性与功能,直接关联营养吸收、免疫调节及慢性疾病预防,强调“饮食-菌群-健康”闭环管理的重要性。
食品安全问题包括微生物、寄生虫污染,农药及其他化学物质污染,兽药及饲料添加剂造成的动物性食品污染,假冒伪劣食品盛行等,这些问题威胁着国民健康,制约了食品产业的高质量发展。
人体所需的营养素有七大类:宏量营养素(碳水化合物、蛋白质、脂类)和微量营养素(矿物质、维生素、膳食纤维和水)。膳食纤维通过微生物代谢网络调控肠道粘液层动态平衡,其保护作用依赖于纤维类型、剂量及宿主菌群特征。健康饮食有助于预防营养不良以及包括诸如糖尿病、心脏病、中风和癌症等非传染性疾病。
肠道菌群(GM)可分为有益菌(共生菌)、有害菌(致病菌)和中性菌(条件致病菌)。肠道菌群(GM)分布于小肠与大肠,其组成和数量不断变化,在儿童后期、青春期和成年期达到相对平衡的稳定期,而在老年时期,肠道菌群(GM)群落多样性与丰富度下降。
饮食营养素可通过影响肠道微生态、菌群代谢物及肠屏障功能,不仅影响肠内疾病状态,还能通过各类肠-器官轴影响肠外器官或机体健康。肠道微生物群是调节宿主健康的关键因素之一,人体所有部位都有微生物的存在,这种存在及饮食诱导的改变也深刻关联着器官间存在的不同类型的相互作用。
肠道菌群(GM)的生物学功能包括肠屏障功能、代谢物产生等。肠屏障由机械屏障、化学屏障、免疫屏障与生物屏障共同构成,其中机械屏障与免疫屏障最为重要。肠道菌群(GM)代谢物包括短链脂肪酸(SCFAs)、色氨酸代谢物、次级胆汁酸、支链氨基酸、多胺类、维生素、脂类等,这些代谢物的种类与丰度取决于肠道微生物组成,因此受饮食结构与环境因素的调节。
代谢性疾病的肠道菌群(GM)紊乱特征包括厚壁菌门与拟杆菌门的比率失衡,特定菌种丰度变化,以及菌群代谢物种类与水平改变等。典型饮食结构对肠道菌群(GM)组成和功能的影响包括地中海饮食、高纤维饮食、植物性饮食、高蛋白饮食、生酮饮食和西方饮食等。
膳食纤维对肠道菌群(GM)健康稳态及机体健康维持的影响途径与机制包括:促进肠道蠕动,加快食物通过胃肠道,减少吸收;在大肠中吸收水分软化大便,防治便秘;增加粪便体积、刺激肠黏膜及促进机械性摩擦,有效预防便秘和痔疮;吸附肠道内毒素、稀释致癌物浓度,降低结肠癌风险;增加肠道微生物组的多样性和丰富度,提高普雷沃氏菌属和拟杆菌属的比率,显著增加产SCFAs菌的丰度。
全植物食品对代谢健康的有益影响包括:肠道健康调节(肠道螺动与排便、菌群平衡、致癌物吸收),代谢调控(血糖调节、血脂调控、矿物质吸收),免疫与炎症调节,器官保护(心血管系统、脑与神经系统、肝功能)。
加工食品对代谢健康的影响包括:高能量密度,植物细胞结构被破坏,营养素主要是无细胞壁包裹的游离态,更易被宿主消化与吸收,并可能导致小肠细菌的过度生长;植物细胞壁已被破环或降解,因而缺乏必要的膳食纤维,导致结肠微生物群无法通过降解膳食纤维获得足量所需的营养素;含有众多天然或合成添加剂,如人工甜味剂和乳化剂,这些添加剂虽可进一步提高口感和保质期,但也会影响肠道微生物群。
维持代谢健康肠道菌群(GM)的重要途径包括膳食纤维途径、菌群移植途径、靶向和非靶向干预途径。膳食纤维途径包括可溶性膳食纤维(如果胶、藻胶、魔芋、常见水果、常见蔬菜)和不可溶性膳食纤维(如纤维素、半纤维素和木质素);菌群移植途径包括将健康捐赠者粪便中的功能菌群移植到患者肠道内以重建新的肠道菌群(GM);靶向和非靶向干预途径包括饮食干预、作息干预、运动干预、益生菌干预、益生元干预等。
调控机体健康的肠-器官轴包括肠-脑轴、肠-肝轴、肠-肺轴、肠-皮肤轴、肠-生殖轴、肠-骨骼轴、肠-心轴和肠-肾轴。肠-脑轴是连接肠道与大脑之间的双向通讯网络,涉及神经、免疫和内分泌等多个系统;肠-肝轴描述的是肠道与肝脏之间的复杂互动;肠-肺轴的主要通讯途径包括可溶性微生物组分和代谢物的循环运输、免疫细胞的直接迁移和肠道炎症介质外溢到肺部;肠-皮肤轴揭示了肠道菌群(GM)与皮肤健康之间的密切联系;肠-生殖轴描述的是肠道菌群(GM)与生殖健康之间的关系;肠-骨骼轴对骨骼健康,尤其骨密度和骨质疏松等的重要调控作用已成为医学界共识;肠-心轴是指肠道菌群(GM)是心血管疾病风险的基因外因素;肠-肾轴是指胃肠道与肾脏间的生化、生理、病理相互作用。
短链脂肪酸(SCFAs)在肠道能量供应、免疫调节及疾病预防中的多靶点健康功能包括:肠道相关(为肠道细胞供能、增强肠道屏障功能、改善肠道蠕动),代谢相关(改善血糖代谢、调节肠道菌群(GM)平衡、降低血脂水平、减轻体重),免疫相关(调节免疫系统、抗菌作用),神经系统相关(调节大脑功能、神经保护作用),心血管系统相关(改善心血管健康),肝脏相关(改善肝功能),基因表达相关(调节基因表达),矿物质吸收相关(促进矿物质吸收),肿瘤相关(抗肿瘤作用),食物消化相关(促进食物消化),血压调节相关(调节血压)。
饮食结构、肠道菌群(GM)稳态与健康三者间的调控关系是:饮食营养素通过影响肠道菌群(GM)结构改变微生物的代谢物种类与丰度,进而依赖上述代谢物与宿主细胞上受体间的相互作用,激活或抑制相关信号通路如调节能量稳态、糖/脂代谢、炎症甚至免疫和癌症,对宿主健康产生有利或有害影响。