腸道微生態(tài)與飲食*

李　康聶玉強

廣州醫(yī)科大學附屬廣州市第一人民醫(yī)院消化內(nèi)科1(510180)　西藏自治區(qū)人民醫(yī)院消化內(nèi)科2

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·綜述

腸道微生態(tài)與飲食*

李康1,2聶玉強1#

廣州醫(yī)科大學附屬廣州市第一人民醫(yī)院消化內(nèi)科1(510180)西藏自治區(qū)人民醫(yī)院消化內(nèi)科2

腸道菌群與宿主的關(guān)系受飲食因素影響。飲食中的營養(yǎng)物質(zhì)可影響腸道微生物群落結(jié)構(gòu)并為微生物的代謝提供底物，而微生物代謝產(chǎn)物被宿主吸收后可影響宿主生理功能。因此，腸道微生態(tài)與飲食和健康密切相關(guān)。本文就腸道微生態(tài)與飲食的關(guān)系作一綜述。

腸道微生態(tài)；飲食；微生物群落；腸桿菌科；Crohn??；結(jié)腸炎，潰瘍性

腸道中共生菌群種類繁多，數(shù)量是人體細胞總量的10倍以上，這些微生物群落構(gòu)成了復(fù)雜的腸道微生態(tài)體系[1]。腸道菌群在維持正常動態(tài)平衡的狀態(tài)下，能合成維生素促進營養(yǎng)物質(zhì)吸收，維持腸道免疫功能，抵抗有害微生物入侵，從而發(fā)揮菌群與人體間的互利共生作用。當腸道菌群紊亂時，可導致消化系統(tǒng)和代謝性疾病，如腸道炎性疾病、糖尿病、心血管疾病等[2-4]。本文就腸道微生態(tài)與飲食的關(guān)系作一綜述。

一、飲食與早期腸道微生物

胎兒在出生前腸道處于無菌環(huán)境，分娩后即有多種細菌定植于腸道，分娩方式、環(huán)境衛(wèi)生、藥物應(yīng)用等多種因素均可影響腸道菌群的初始化定植[5]。嬰兒腸道中最早定植的細菌主要為需氧菌、鏈球菌和大腸桿菌等兼性厭氧菌，隨后腸道中兼性厭氧菌數(shù)量下降，而擬桿菌、雙歧桿菌、乳酸桿菌等專性厭氧菌數(shù)量逐漸增多并成為優(yōu)勢菌種[6]。母乳與人工喂養(yǎng)的嬰兒早期腸道微生物組成差異顯著。母乳喂養(yǎng)的嬰兒糞便中存在大量需氧菌，而人工喂養(yǎng)的嬰兒糞便中存在較多專性厭氧菌和兼性厭氧菌[7]。當嬰兒開始進食固體食物后，腸道菌群會發(fā)生顯著改變，斷奶后則轉(zhuǎn)變?yōu)楦臃€(wěn)定的與成人類似的微生物群落[8]。

二、飲食影響腸道微生物組成

1.不同飲食結(jié)構(gòu)形成不同腸道微生物群落：諸多研究表明，飲食結(jié)構(gòu)是影響腸道微生物群落組成的重要因素[9]。De Filippo等[10]的研究顯示，非洲兒童以高纖維、低脂肪飲食結(jié)構(gòu)為主，歐洲兒童則以低纖維、高動物蛋白、高脂肪的典型西化飲食結(jié)構(gòu)為主。與歐洲兒童相比，非洲兒童腸道中擬桿菌富集，厚壁菌缺乏，且普氏菌和解木聚糖桿菌僅存在于非洲兒童體內(nèi)，這些細菌有利于分解纖維性食物，并產(chǎn)生短鏈脂肪酸以提供額外能量。Martínez等[11]通過高通量16S rRNA標簽測序法比較巴布亞新幾內(nèi)亞原住民和美國居民腸道微生物群的組成差異，發(fā)現(xiàn)以紅薯、芋頭和車前草為主要食物的原住民糞便中富集大量普氏菌屬、丙酸菌屬、螺桿菌屬以及鏈球菌屬，而在西化飲食的美國居民糞便中則以擬桿菌屬、紫單胞菌屬、理研菌屬以及嗜膽菌屬居多。Hehemann等[12]的研究發(fā)現(xiàn)，日本居民長期以海藻類植物為食，其腸道中具有能分泌降解海洋性植物酶的微生物菌株，該菌株是日本人群腸道中的特有微生物。

人體腸道內(nèi)至少存在1 000～1 150種細菌，每個宿主體內(nèi)約含有160種優(yōu)勢菌種[13]。人類腸道宏基因組研究發(fā)現(xiàn)，不同人群體內(nèi)的腸道菌群大致可分為三種類型，即擬桿菌型、普氏菌型和瘤胃球菌型[14]。長期以動物蛋白和脂肪為主要膳食的人群，腸道內(nèi)以擬桿菌屬為主要菌株；以糖和碳水化合物為主，低動物蛋白、低脂肪膳食的人群，腸道內(nèi)以普氏菌屬為主要菌株，此外，飲食中長期攝入抗性淀粉可顯著增加瘤胃球菌比例[15-16]。上述研究提示飲食可改變體內(nèi)微生物群組成，具有不同飲食結(jié)構(gòu)的人群可形成不同的腸內(nèi)微生物群落。

2.干預(yù)飲食改變腸道微生物組成：Hildebrandt等[17]的研究發(fā)現(xiàn)，給予野生型和RELMβ基因敲除小鼠高脂飲食后，野生型小鼠體質(zhì)量顯著增加，而RELMβ基因敲除小鼠體質(zhì)量無明顯變化，但兩組小鼠均因高脂飲食導致腸道中擬桿菌數(shù)量下降，厚壁菌門和變形菌門菌株數(shù)量增多，提示高脂飲食干預(yù)可改變小鼠腸道微生物群落組成，且與肥胖無關(guān)。Turnbaugh等[18]通過移植新鮮或冷凍的成人糞便微生物群落至無菌C57BL/6J小鼠腸道中構(gòu)建仿人類腸道生態(tài)系統(tǒng)模型，將模型小鼠由低脂、富含植物多糖飲食切換至高脂、高糖飲食，僅1 d即可改變腸道微生物群落結(jié)構(gòu)，且微生物代謝途徑和基因表達亦有所變化。

人體短期膳食干預(yù)亦可引起顯著且快速的腸道菌群組成變化。David等[19]將受試者分為以富含谷物、豆類、水果、蔬菜為主的植物性飲食組和以肉類、雞蛋、奶酪為主的動物性飲食組，每日測量微生物群落組成，結(jié)果發(fā)現(xiàn)動物性飲食可增加腸道膽汁耐受菌群數(shù)量，如嗜膽菌屬和擬桿菌屬，而代謝植物多糖的厚壁菌門包括羅氏菌屬、直腸真桿菌和瘤胃球菌數(shù)量顯著減少。此外，Koropatkin等[20]指出，調(diào)節(jié)受試者飲食中抗性淀粉或非淀粉多糖的攝入量，可改變瘤胃球菌、直腸真桿菌等細菌的分布水平，通過體外實驗分析糞便樣本證實這些細菌可選擇性代謝不溶性碳水化合物，并發(fā)酵代謝多糖產(chǎn)生短鏈脂肪酸。

三、飲食對微生物代謝的影響

1.飲食影響微生物代謝功能：腸道微生物基因組中具有參與碳水化合物、氨基酸、甲烷、維生素和短鏈脂肪酸代謝的基因，表明腸道微生物是人體代謝的重要參與者[21]。飲食可在基因水平影響腸道菌群代謝功能。腸道菌群代謝的多聚糖主要來源于食物和宿主分泌的黏液，當無法獲得食物來源的多聚糖時，腸道內(nèi)多形擬桿菌可通過基因表達變化代謝宿主衍生的多聚糖[22]。

食物中的多種分子是腸道菌群的代謝底物，腸道菌群可將底物代謝為小分子而影響宿主生理功能。例如，食物中不易消化的碳水化合物被腸道菌群發(fā)酵后產(chǎn)生短鏈脂肪酸，后者可調(diào)控宿主免疫功能，以及調(diào)節(jié)腸道激素分泌和脂肪生成；此外，腸道菌群代謝產(chǎn)生的短鏈脂肪酸還可激活G蛋白耦聯(lián)受體和調(diào)節(jié)性T細胞，增加黏膜免疫耐受[23-24]。因此，可通過改變飲食影響腸道菌群的代謝功能，從而調(diào)節(jié)宿主生理功能。

2.飲食對微生物代謝的影響與疾病進程的關(guān)系：Tang等[25]的研究顯示，飲食中的磷脂酰膽堿被腸道菌群代謝的產(chǎn)物可增加心血管疾病的發(fā)生風險，導致動脈粥樣硬化。Wang等[26]探討了飲食中脂肪攝入量與腸道菌群和動脈粥樣硬化的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)富含磷脂酰膽堿的食物是膽堿的主要來源，腸道菌群分解代謝膽堿可產(chǎn)生三甲胺氣體，后者經(jīng)肝臟代謝為氧化三甲胺，可增加動脈粥樣硬化性心臟病的發(fā)病風險。

多項研究已證實飲食對微生物代謝的影響參與炎癥性腸病的發(fā)生[27]。含高脂、多不飽和脂肪酸、ω-6脂肪酸和肉類的飲食可引起腸道菌群紊亂，表現(xiàn)為厚壁菌增多，擬桿菌減少，腸黏膜屏障受損，克羅恩病和潰瘍性結(jié)腸炎的發(fā)生風險增加[28]。Devkota等[29]的研究發(fā)現(xiàn)，小鼠攝入牛奶脂肪可改變膽汁酸成分和腸道菌群組成，促進低豐度的亞硫酸鹽還原菌和沃氏嗜膽菌增殖，沃氏嗜膽菌可促進Th細胞介導免疫反應(yīng)以及硫化氫產(chǎn)生，而硫化氫是破壞腸上皮屏障功能的毒性分子，可加劇白細胞介素-10(IL-10)基因敲除小鼠的結(jié)腸炎癥反應(yīng)。上述研究證實飲食可通過改變腸道微生物代謝，進而影響炎癥性腸病的發(fā)病進程。

糖尿病、腸易激綜合征、結(jié)腸癌、皮脂腺病、酒精性脂肪肝、口炎性腹瀉等多種疾病亦與飲食和腸道菌群代謝相關(guān)，如糖尿病患者體內(nèi)可代謝產(chǎn)生丁酸鹽的羅氏菌和柔嫩梭菌數(shù)量顯著減少，而這些菌群可通過調(diào)節(jié)基因表達和激素分泌等途徑促進腸道糖原異生[30]。此外，富含纖維素食物被腸道菌群發(fā)酵后可增加氫含量，在腸易激綜合癥患者中可引起腹脹，而富含蛋白質(zhì)食物被腸道菌群代謝后生成的硫化氫極易增加罹患結(jié)腸癌的風險[10,31]。綜上所述，飲食對微生物代謝的影響與多種疾病的發(fā)病進程相關(guān)，因此通過調(diào)整飲食結(jié)構(gòu)可有效預(yù)防和緩解某些疾病發(fā)生。

四、結(jié)語

腸道菌群與宿主的關(guān)系受飲食因素影響，具有不同飲食結(jié)構(gòu)的人群會形成不同的腸道微生物群落。飲食中的營養(yǎng)物質(zhì)可影響腸道微生物群落結(jié)構(gòu)并為微生物的代謝提供底物，而微生物代謝產(chǎn)物被宿主吸收后可影響宿主生理功能。在飲食干預(yù)作用下引起的微生物群落組成和代謝功能的變化與多種疾病的發(fā)生相關(guān)。因此，腸道微生態(tài)與飲食和健康密切相關(guān)，對腸道微生態(tài)與飲食關(guān)系的科學詮釋有助于預(yù)防、監(jiān)控和干預(yù)由腸道菌群紊亂引發(fā)的多種消化系統(tǒng)和代謝性疾病。

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(2015-09-10收稿；2015-09-20修回)

Intestinal Microecology and Diet

LI Kang1,2,NIE Yuqiang1.

1Department of Gastroenterology,Guangzhou First People’s Hospital of Guangzhou Medical University,Guangzhou (510180)；2Department of Gastroenterology,People’s Hospital of Tibet Autonomous Region,Lhasa

Correspondence to:NIE Yuqiang,Email:nieyq@medmail.com.cn

The relationship between intestinal microbiota and its host is influenced by dietary factors.Nutrients in the diet affect the composition of microbial community and provide substrates for microbial metabolism.The metabolism products of microbiota absorbed by host can in turn play important roles in many physiological functions.Thus,intestinal microecology is closely related to human diet and health.This article reviewed the relationship between intestinal microecology and diet.

Intestinal Microecology;Diet;Microbial Consortia;Enterobacteriaceae;Crohn Disease;Colitis,Ulcerative

DOI:10.3969/j.issn.1008-7125.2016.07.011

國家科技支撐計劃(2013BAI05B04)；廣東省自然科學基金(2014A030313679)

#本文通信作者，Email:nieyq@medmail.com.cn