肠道通过时间和pH值塑造微生物组在代谢和健康中的作用，为个性化营养策略提供见解。近期发表在《自然微生物学》杂志上的一项研究表明，肠道生理和环境因素如何导致人类肠道微生物组组成和代谢的差异。
背景
饮食影响肠道微生物组组成和代谢，但即使在相同的饮食条件下，仍存在显著的差异，表明有其他贡献因素。肠道通过时间已被证明会影响微生物组组成，较长的通过时间与增加的微生物蛋白质降解和甲烷产生有关。短链脂肪酸（SCFAs）通常有益，而蛋白质水解产生的代谢物如硫化氢和氨则与不良健康结果相关。肠道pH值的变化也会影响微生物群落。了解这些动态对于设计有效的个性化饮食策略以增强肠道健康至关重要。进一步的研究需要探讨生理因素如通过时间和pH值如何与饮食相互作用，影响肠道微生物和宿主健康，从而实现个性化饮食策略。
关于研究
咖啡与微生物组：研究发现咖啡衍生的代谢物与肠道通过时间和pH值相互作用，表明饮食影响不仅限于宏量营养素组成。
一项为期九天的观察性研究——基于饮食、微生物组和肠道非生物条件之间相互作用的个性化饮食建议（PRIMA），于2021年4月至12月在哥本哈根大学进行，招募了63名来自丹麦的健康参与者。参与者提供了书面知情同意书，并遵守伦理准则。最初参与的63人中，有61人完成了研究，两人因疾病和使用抗生素被排除在外。参与者年龄在18至75岁之间，身体质量指数（BMI）在18.5至29.9 kg/m²之间，如果有炎症性肠病或最近使用过抗生素，则被排除在外。他们获得了礼品卡作为补偿，并被要求维持平时的饮食，避免食用甜玉米、饮酒、吸烟和剧烈运动，直到样本采集。
每天收集粪便样本、饮食记录、尿液样本和其他测量数据，包括排便模式、胃肠道症状、空腹血液和呼吸测试。参与者摄入了一颗无线动力胶囊（SmartPill），该胶囊提供了详细的腔内pH值、温度和压力数据，用于测量肠道通过时间。还进行了人体测量和标准化餐测试。对尿液和粪便样本进行了代谢谱分析，微生物组分析使用了16S核糖体RNA（rRNA）测序，调整了微生物负荷以确保定量准确性。
研究结果
性别差异观察：女性的结肠通过时间显著长于男性，尽管月经周期对微生物组或代谢组谱型没有显著影响。
参与者平均年龄39 ± 13.5岁，平均BMI为23.6 ± 2.8 kg/m²，在整个研究期间被指示保持其日常饮食和生活方式。研究包括两次访问，期间采集了空腹血液样本以测量葡萄糖、胰岛素和C肽水平。还收集了呼吸样本以评估氢气和甲烷浓度。首次访问时，参与者被提供了标准化早餐，占其每日能量需求的25%，以确保在一部分参与者（n = 50）摄入SmartPill前的一致性。SmartPill测量了全肠道和分段通过时间和pH值。与之前使用简单餐来监测通过时间的研究不同，这项研究采用了复杂餐，以更好地反映现实生活中的饮食-微生物相互作用。餐后尿液和呼吸样本被收集，以进一步了解参与者的代谢反应。参与者还使用Myfood24平台记录了每日24小时饮食记录，并记录了排便习惯，如大便性状（使用布里斯托尔大便形状量表）、大便频率和排便时间。每天收集早晨第一次尿液和大便样本。大便水分含量，作为通过时间和大便湿度的代理指标，对所有样本进行了评估。使用非靶向液相色谱-质谱（LC-MS）对尿液和粪便代谢组进行了谱型分析，使用16S rRNA基因测序确定了肠道微生物组组成，并调整了微生物负荷以确保定量准确性。
研究揭示了肠道环境稳定性的个体间和个体内差异，如每日波动的粪便pH值、粪便湿度和微生物负荷等因素。SmartPill提供的分段通过时间和pH值测量显示了广泛的数值范围，突显了参与者之间胃肠动力学的显著变异性。研究结果表明，粪便湿度和pH值是肠道微生物组和代谢组个体内和个体间变异的重要贡献者。这些见解强调了肠道通过时间和结肠pH值作为微生物组成和代谢活动的关键决定因素的中心作用。非靶向代谢组学鉴定出多种与通过时间和pH值相关的微生物、宿主和食物衍生代谢物。例如，微生物发酵产物如短链脂肪酸（SCFAs）与较短的通过时间相关，而蛋白水解副产品在较长的通过时间中更为普遍。
结论
总之，这项研究展示了健康个体之间通过时间和pH值的显著变异性，解释了微生物组组成和宿主微生物代谢的差异。通过时间和pH值等因素影响微生物活性，突显了肠道环境在塑造微生物反应中的重要性。特定代谢物与较长的通过时间相关，对管理便秘等疾病的临床意义具有潜在影响。这些发现为未来研究铺平了道路，旨在考虑生理和微生物因素，制定优化肠道健康的个性化饮食干预措施。
期刊参考文献：
Procházková, N., Laursen, M. F., La Barbera, G., Tsekitsidi, E., Jørgensen, M. S., Rasmussen, M. A., Raes, J., Licht, T. R., Dragsted, L. O., & Roager, H. M. (2024). 肠道生理和环境解释了人类肠道微生物组组成和代谢的变异。《自然微生物学》，9(12)，3210-3225. DOI: 10.1038/s41564-024-01856-x,
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