摘要
肠道微生物组在人类健康中扮演着重要角色，因为它能刺激免疫系统，并保护身体免受有毒食物成分和病原体的侵害。除其他因素外，食物和营养对胃肠道中的微生物群落、肠道微生物组有着深远影响，进而影响人类健康。肠道微生物种群及其多样性的失调与不平衡可能与多种疾病的发展相关，这些疾病可能源于不均衡的营养和饮食变化。已开发出利用饮食调整的治疗策略。本文探讨了不同营养素和饮食对肠道微生物组组成和功能的影响，以及它们作为肠道微生物组治疗调节剂在预防和治疗严重疾病中的潜在应用。
1. 引言
人类微生物组，也称为微生物群或微生物，由大量不同物种组成，包括生活在人体器官内或特定部位（如皮肤、胃肠道和其他器官）的细菌、真菌、寄生虫和病毒。微生物组在人类健康中的作用至关重要，因为它能刺激免疫系统，并保护身体免受不安全食物和水中可能存在的有毒食物成分和病原体的侵害，这些成分会导致疾病。各种类型的微生物食物污染物，如食源性致病菌、霉菌毒素、病毒、朊病毒和寄生虫，已与新出现的疾病相关联，并对食物污染物的致病效应有了新的认识。
微生物组在人类健康中具有多种关键作用，包括合成某些维生素和氨基酸，如B族维生素、维生素K和维生素B12。微生物组在分解具有消化酶的复杂碳水化合物方面尤为重要。微生物组组成是一种复杂的遗传性状。已鉴定出许多受宿主遗传影响的与健康相关的微生物类群。微生物组在遗传和生物化学方面存在差异，并且在不同人群之间的差异远大于人类基因组本身的差异。
许多因素可以影响微生物组，包括食物和营养、体育活动、药物和环境影响。营养在决定结肠中生活何种微生物组方面起着重要作用。不均衡的营养和饮食变化可以改变肠道微生物组并导致严重的健康障碍。饮食影响肠道菌群的组成和功能，具有作为肠道微生物组治疗调节剂的潜力。
2. 不同营养素对肠道微生物组和健康的影响
人类饮食为身体提供重要营养素，并影响包括寿命在内的许多器官的生理状态。饮食对胃肠道中的微生物群落、肠道微生物组有着深远影响，进而影响人类健康。为了了解饮食对肠道和肠道微生物组的影响，研究主要集中在单独的大营养素上，如膳食碳水化合物、膳食蛋白质和膳食脂肪。
2.1 膳食碳水化合物
膳食碳水化合物是一组在人类饮食中作为主要能量来源并具有健康益处的大营养素。它们可以存在于植物性食物中（水果、蔬菜、可食用种子、谷物、豆类和全谷物），并根据其化学结构、聚合度（DP）和连接类型（α或β）进行分类。膳食碳水化合物分为可消化碳水化合物，包括单糖（葡萄糖、果糖）、双糖（乳糖、半乳糖）和多糖（麦芽糊精和淀粉）以及膳食纤维（DFs）。
2.2 膳食纤维（DFs）
膳食纤维构成一组植物生物活性的不可消化多糖，在谷物、水果、蔬菜和坚果中天然存在，其化学结构和浓度因来源和植物品种而异。膳食纤维对成人和儿童的健康都非常重要，可预防多种疾病并增强免疫力。膳食纤维的健康益处已确立超过30年，且益处众多。高纤维含量的饮食可以预防胃肠道疾病并改善胰岛素敏感性。人们对膳食纤维摄入的兴趣日益增加，特别是在发现其对减肥、降低胆固醇、降低中风和心脏病等心血管疾病风险、降低血糖水平、降低糖尿病风险、促进健康肠道细菌生长、改善消化系统、改善排便、降低便秘风险以及降低结直肠癌和乳腺癌风险方面的影响之后。因此，许多研究人员正在研究膳食纤维的化学结构、来源、分类、分析方法和治疗功能。已采用多种AOAC官方分析方法用于膳食纤维及其组分的分析。
膳食纤维根据水溶性分为可溶性膳食纤维（SDF）和不可溶性膳食纤维（IDF）。这两种组分之间的比例是膳食纤维功能特性的关键因素。膳食纤维还根据大肠（结肠）中的微生物发酵分为可发酵膳食纤维（FDF），通常称为益生元，以及不可发酵膳食纤维（NFDF）。益生元的定义是，由结肠中的肠道细菌不可消化的可发酵纤维转化为短链脂肪酸（SCFAs）和有机酸等生理活性代谢物。结肠中肠道细菌不可消化的可发酵纤维包括果胶、β-葡聚糖、瓜尔胶、菊粉和低聚果糖。可发酵纤维的最佳来源是豆类和豆科植物。值得注意的是，像洋车前子这样的植物是结肠中肠道细菌不可消化且不可发酵的纤维，仅通过保持水分来实现规律排便的功能。
膳食纤维还根据糖苷键和侧链含量的化学结构分为：β-葡聚糖、半乳甘露聚糖、阿拉伯木聚糖、果胶、阿拉伯半乳聚糖、抗性淀粉、角质和木栓质。膳食纤维影响胃肠道生理学，其中它具有持水能力和粘度，影响饱腹感，导致食物摄入减少，改善矿物质和植物化学物质吸收，增强血糖反应，并降低血浆胆固醇。它是定植健康肠道细菌的益生元，通过一种称为竞争性排斥的机制抑制肠道致病菌的定植。
由于其健康益处，每天摄入适量的纤维非常重要。美国食品药品监督管理局（FDA）建议2000卡路里饮食的成年人平均每天摄入28克。推荐的每日摄入量因年龄和性别而异。根据欧洲食品安全局（EFSA）饮食产品、营养和过敏小组（NDA）的数据，成人每日膳食纤维摄入量应为25克/天，1岁以上儿童为2克/兆焦。
2.3 膳食蛋白质
膳食蛋白质也是对人类和动物都至关重要的生物分子，在其整个生命周期中对微生物组、健康和福祉有显著影响，包括DNA复制、运输分子、催化代谢反应以及为细胞提供结构支持。它们的化学结构由通过肽键连接的氨基酸线性链组成，可被远端结肠中的主要菌群消化。
胃肠道中的肠道微生物消化膳食蛋白质，这受蛋白质来源影响，取决于氨基酸组成、可及性、加工和抗营养成分。膳食蛋白质被宿主蛋白酶水解为氨基酸和小肽，并在小肠中被吸收。蛋白质水解受氨基酸组成影响，这影响蛋白质链的灵活性，决定蛋白质的可及性。膳食蛋白质的可及性也可能受到与其他蛋白质一起食用的其他膳食成分或蛋白质所处基质的影响。氨基酸可以代谢成多种可能影响宿主健康和疾病的微生物代谢物。肠道微生物的组成、结构和功能取决于膳食蛋白质的来源、浓度和氨基酸平衡。
几个因素可以影响蛋白质在肠道中的发酵、吸收和功能特性以及肠道微生物组的组成。这些因素包括蛋白质来源和含量、膳食组成、蛋白质糖化、加工因素和蛋白质氧化，这些因素可能影响膳食蛋白质的消化率和生物利用度。肠道微生物组消化的膳食蛋白质的数量和质量决定了肠道微生物组种群的平衡和功能，以及膳食蛋白质对肠道菌群和人类健康的积极影响。因此，了解膳食蛋白质的来源、结构和生物功能非常重要。
根据蛋白质结构中氨基酸残基的取向，蛋白质有四个结构层次：
1）一级结构：氨基酸排列成的线性多肽链，仅通过肽键和二硫键连接。
2）二级结构：多肽链中相邻氨基酸的排列。最常见的二级结构是α螺旋和β折叠。
3）三级结构：多肽链折叠成三维空间。
4）四级结构：包含多条多肽链。四级结构的一个例子是携带血液中氧气的血红蛋白，由四个肽链（两个α链和两个β链）组成一个四聚体。
根据溶解度，蛋白质还分为：
1）纤维状蛋白质：不溶于水，主要在生物体中发挥支持和保护功能。它们坚韧、强韧且呈线性。长的平行多肽链交叉连接在一起形成蛋白质，如胶原蛋白、角蛋白、丝绸和纤维蛋白。
2）球状蛋白质：溶于水，具有代谢功能作用，形成酶、激素和抗体。多肽链紧密折叠成球体。细胞中的大多数蛋白质属于球状蛋白质。例子包括DNA聚合酶、RNA聚合酶和血红蛋白。
根据结构复杂性，蛋白质还可分为：
1）简单蛋白质：具有简单的结构组织，仅由氨基酸残基组成。它们也被称为同源蛋白质，可以是球状或纤维状蛋白质。例子包括角蛋白、弹性蛋白、白蛋白、胶原蛋白和组蛋白。
2）结合蛋白质：是复杂的蛋白质，松散地与一个或多个非蛋白质基团（称为辅基）结合，包括碳水化合物、脂质、金属离子、核酸、磷酸、FAD等。这些蛋白质呈球状，溶于水。例子是核蛋白、金属蛋白和脂蛋白。
3）衍生蛋白质：是简单或结合蛋白质通过酸、酶或碱部分水解得到的低分子量衍生物。例子包括凝固蛋白质、蛋白胨、胨和肽。
根据生物功能，蛋白质分为：
1）结构蛋白质：主要是不溶于水的纤维状蛋白质，形成骨骼、肌腱、软骨、皮肤、结缔组织、头发和角的成分，包括胶原蛋白、角蛋白和弹性蛋白。
2）酶：作为生物催化剂，通过降低反应物的活化能来加速细胞的代谢反应。它们大多数包括球状结合蛋白质，如固氮酶、DNA聚合酶和脂肪酶。
3）激素：细胞中的蛋白质激素，包括胰高血糖素、胰岛素和促肾上腺皮质激素。
4）呼吸色素：有色的结合蛋白质，含有色素（色原）作为其辅基，包括血红蛋白和肌红蛋白。
5）收缩蛋白质：参与肌肉收缩，消耗ATP分子的能量，如肌动蛋白和肌球蛋白。
6）储存蛋白质：在细胞中储存金属或氨基酸，在种子、蛋、奶和豆类中发现，如酪蛋白、谷蛋白和铁蛋白。
7）运输蛋白质：负责将分子或物质运输到目标位置，并在质膜中形成通道，也参与动物血液和淋巴的形成。血清白蛋白是一个例子。
8）防御蛋白质：参与保护生物体免受外来微生物或物质的侵害，如免疫球蛋白（抗体）和纤维蛋白原。
9）毒素：包括有毒的蛇毒。
2.4 膳食脂肪
膳食脂肪与膳食碳水化合物和膳食蛋白质一起是饮食中的主要能量来源，还具有许多重要生物功能，如支持生长和发育，提供约20%-35%的身体每日能量需求。膳食脂肪及其代谢物在人体中具有重要作用，包括构建细胞和膜的结构成分。在饮食中，它们是脂溶性维生素A、D、E和K的载体，支持它们在肠道中的吸收。摄入含有这些维生素的足够脂肪食物对于这些微量营养素的充分摄入至关重要。肠道菌群和代谢健康受到膳食脂肪数量及其饱和度（碳分子之间双键的存在）的显著影响。
2.5 脂肪酸
脂肪酸对身体的正常功能是必需的。有两种类型的脂肪酸：必需脂肪酸和非必需脂肪酸。身体只能从食物中获取必需脂肪酸，而它可以通过转化食物中存在的氨基酸来制造非必需脂肪酸。必需脂肪酸参与许多生理过程，如血液凝固、伤口愈合和炎症。微生物物种将膳食脂肪酸代谢成各种脂肪酸。
根据其碳链中双键的存在和数量，脂肪酸分为：
1）饱和脂肪酸（SFAs）：不含双键。
2）单不饱和脂肪酸（MUFAs）：含有一个双键。
3）多不饱和脂肪酸（PUFAs）：含有一个以上双键。
双键以反式构型排列的不饱和脂肪酸是反式脂肪。反式脂肪的摄入与心血管疾病、糖尿病、结肠癌等有关。脂肪酸的长度和饱和度影响身体细胞中的膜及其流动性。链长较短且不饱和度更高的脂肪酸更不僵硬、粘度更低，使膜更灵活，影响一系列重要的生物功能。
必需脂肪酸包括亚油酸（LA）——一种ω-6脂肪酸，以及α-亚麻酸（ALA）——一种ω-3脂肪酸。这里还包括ω-9脂肪酸，它不是必需脂肪酸，但是一种在植物和动物来源中主要的MUFA，具有抗炎和抗癌等多种健康益处。人体无法产生PUFA LA和ALA，它们对某些重要功能是必需的。LA和ALA可以转化为长链脂肪酸和具有激素样或炎症特性的化合物。ω-3和ω-6脂肪酸制造称为类二十烷酸的激素，控制免疫系统、神经系统和其他激素，因此它们对身体正常功能至关重要。来自ω-3脂肪酸的类二十烷酸促进心脏健康，并可能影响某些癌症和类风湿关节炎，而来自ω-6的类二十烷酸则增加免疫反应、炎症和血压。
根据氢是否结合在分子的同一侧或相对侧，不饱和脂肪酸被分类为"顺式"或"反式"形式。大多数天然存在的不饱和脂肪酸以顺式形式存在。反式脂肪酸（TFAs）分为两组：人工TFA（工业）和天然TFA（反刍动物）。工业TFA由人类生产，可在含有经过硬化过程（称为部分氢化）的植物油/脂肪的产品中找到。TFA摄入与不良健康影响有关。
不同国际机构，包括世界卫生组织（WHO）和EFSA，以及许多欧洲国家的国家政府和卫生机构，都发布了关于脂肪的膳食建议。
3. 微生物组失调、健康与疾病
失调一词指正常微生物组种群结构受到干扰的状况，通常是由于药物、饮食和疾病等多种因素造成的。肠道微生物种群及其多样性的不平衡可能与多种疾病的发展相关，包括炎症性疾病、心血管疾病、肥胖、2型糖尿病和几种癌症。能量密集型饮食，含有高度加工食品、乳化剂和人造甜味剂，可能会削弱肠道屏障，使细菌或消化的食物进入血液。这可能导致免疫系统激活，导致多种疾病。
3.1 炎症性肠病（IBD）
炎症性肠病（IBD）的发展是由多种因素引起的，包括环境、遗传、消化系统的免疫学或微生物因素，影响小肠和大肠。IBD的主要类型是溃疡性结肠炎和克罗恩病。
3.2 克罗恩病
克罗恩病还影响口腔、食道、胃和肛门，靶向粘膜和粘膜下组织。肠道微生物群在引起克罗恩病中起重要作用，与健康患者相比，增加了肠杆菌科（包括大肠杆菌和 Fusobacterium）、粘质沙雷氏菌以及念珠菌热带种等真菌物种的丰度。代谢变化涉及氧化应激途径以及基础代谢和短链脂肪酸产生的减少。
3.3 溃疡性结肠炎
溃疡性结肠炎发生在结肠和远端回肠，仅靶向粘膜组织。它导致消化道长期炎症和溃疡。它主要影响大肠（结肠）和直肠的最内层。与健康患者相比，溃疡性结肠炎患者中肠杆菌科和脆弱拟杆菌的发病率更高。
3.4 肠易激综合征（IBS）
肠易激综合征（IBS）影响大肠，症状包括痉挛、腹痛、腹胀、气体、腹泻、便秘或两者兼有。与这种疾病相关的疼痛可以通过改变饮食类型来控制或消除。IBS患者的微生物种群发生改变，已证明与健康对照相比，变形菌门和厚壁菌门大量繁殖，而放线菌门和拟杆菌门减少。在厚壁菌门内，梭菌科的丰度也有所增加。
一项对IBS儿童和健康儿童进行的16S核糖体RNA基因测序研究表明，使用有限的一组判别细菌物种，可以以98.5%的成功率对IBS的不同亚型进行分类。发现了一种新型的类似瘤胃球菌的微生物与IBS相关，表明微生物发现对胃肠道疾病具有潜在效用。几种来自Alistipes属的细菌分类群的丰度增加与疼痛频率增加相关。
特定的微生物组特征与儿科IBS相关，表明胃肠道微生物与儿童IBS之间存在重要关联。这些方法可能用于儿科患者功能性肠道疾病的诊断。
3.5 2型糖尿病
2型糖尿病（T2D）是一种代谢紊乱，主要由与肥胖相关的胰岛素抵抗引起，肠道微生物群在T2D的病理生理学中起着重要作用。有益细菌，如产丁酸菌如Faecalibacterium sp.和Roseburia，可能有效改善糖尿病和肥胖障碍。对高脂饮食诱导肥胖的无菌小鼠模型（由于缺乏能处理复杂碳水化合物的发酵细菌）已证明肠道微生物组与肥胖之间的关联。
3.6 心血管疾病
心血管疾病（CVDs）的进展和发病机制，包括动脉粥样硬化、高血压和心力衰竭，也可能由微生物组失调引起，其中特定膳食营养素衍生的最终产物三甲胺-N-氧化物（TMAO）的产生起着关键作用。富含动物蛋白（包括红肉和乳制品）的饮食可能会增加胆汁耐受性厌氧菌（如拟杆菌、Alistipes和Bilophila）的丰度，导致三甲胺-N-氧化物（TMAO）增加，这在心血管疾病（CVDs）中起作用。L-肉碱是一种在红肉等动物食品中含量显著的氨基酸，可能在CVD风险增加中起重要作用。肠道微生物群可以将L-肉碱转化为γ-丁基甜菜碱和巴豆甜菜碱，而这些化合物中的每一种都可以转化为三甲胺，然后可以被肝脏酶转化为TMAO。
已证实升高的血液TMAO水平与冠状动脉疾病和急慢性心力衰竭等CVD患者直接相关。与非CVD冠状动脉风险因素患者相比，在CVD患者中已观察到拟杆菌门丰度降低，乳杆菌目（特别是肠球菌属）丰度增加。
3.7 癌症
已对肠道微生物组在癌症进展和致癌加速中的参与进行了许多研究，以及肠道微生物组在保护宿主和肠道稳态中的作用。受肠道微生物改变影响最大的器官是消化系统，包括食管癌、胃癌、结直肠癌、肝癌和胰腺癌。在结直肠癌中发现了产毒素的拟杆菌和病原体 Fusobacterium 和空肠弯曲菌，动物模型中改变的肠道微生物组已被发现使激素受体阳性乳腺癌更具侵袭性。
3.8 神经退行性疾病
肠道微生物组的改变也与许多神经退行性疾病相关，包括帕金森病和阿尔茨海默病，以及炎症性中枢神经系统疾病。肠-脑轴与肠道细胞和肠神经系统以及中枢神经系统相互作用。由肠道微生物组失调产生的代谢物可以刺激交感神经系统，对学习和记忆产生不良影响，导致阿尔茨海默病。某些属于拟杆菌门（牙龈卟啉单胞菌）的细菌可能参与神经退行性疾病，特别是阿尔茨海默病和牙周病。
4. 饮食与肠道微生物组及疾病治疗的关系
肠道微生物组受到其宿主饮食的组成、数量和时间的强烈影响。饮食可用于治疗疾病，但其中一些也可能对健康产生负面影响。对人类健康有积极影响的饮食例子是地中海饮食和素食饮食，其特点是红肉、饱和脂肪和加工食品含量低，多酚含量高。饮食也可能通过肠道菌群间接影响健康。对健康有负面影响的饮食是西式饮食，其特点是富含饱和脂肪的加工食品、高盐、高加工碳水化合物、含食品添加剂、非营养性人造甜味剂和乳化剂，以及低纤维。这种饮食与肥胖、代谢综合征和CVD发病率的迅速上升相关。饮食对肠道菌群和健康的影响已通过动物模型中的机制研究得到证明。
4.1 FODMAP饮食
基于可发酵低聚糖、双糖、单糖和多元醇，这些是小肠吸收不良的短链碳水化合物（糖），FODMAP饮食可导致消化不适，症状包括痉挛、腹泻、便秘、胃部胀气、气体和胀气。建议避免高FODMAP食物以缓解IBS和小肠细菌过度生长（SIBO）症状，尽管通常使用其他疗法。
4.2 低FODMAP饮食
低FODMAP饮食可以治疗各种功能性肠道疾病，如IBS。已证明它可以减少胃肠道症状，降低组胺和IBS严重程度评分，同时增加p-羟基苯甲酸和壬二酸。它可以减少双歧杆菌水平，增加放线菌门的丰富度（即物种/分类群数量）。它还可以减少双歧杆菌的丰度，增加沃氏嗜胆菌（Bilophila wadsworthia）的丰度，通过减少肠道腔内未吸收的、渗透活性的短链碳水化合物浓度，从而减少小肠水体积，对胃肠道症状学产生有益影响。
低分子量膳食纤维（LMWDF）（如果聚低聚糖、半乳糖低聚糖、菊粉等）的健康功能是作为益生元，增强结肠中有益细菌（如乳酸菌和双歧杆菌）的生长。这些有益的肠道细菌将膳食纤维发酵成SCFA并分泌代谢物以促进结肠健康。此外，肠道细菌细胞壁碎片通过激活淋巴细胞的细胞免疫系统（包括增强单核细胞、巨噬细胞、树突状细胞、自然杀伤细胞和中性粒细胞）来增强宿主免疫反应。
4.3 专用肠内营养（EEN）
专用肠内营养（EEN）是一种完全液态饮食，可用作治疗IBD的疗法，特别是克罗恩病。它基于纠正克罗恩病常伴随的营养缺乏、EEN的直接抗炎作用，以及排除在克罗恩病发病机制中起作用的全食物饮食。如果引入一定程度的全食物摄入，EEN的有效性会降低。这种营养已被证明能促进显著的粘膜愈合率。
研究表明，EEN消费导致α多样性减少，以及普氏粪杆菌（F. prausnitzii）、Roseburia和拟杆菌/普雷沃菌组的丰度降低。克罗恩病患者中EEN诱导的缓解与粘蛋白降解菌R. gnavus和R. torques水平升高相关，这些细菌不产生丁酸，而丁酸水平在EEN上也显著降低。EEN对肠道菌群的许多影响可能是由于EEN中缺乏膳食纤维。尽管机制尚不清楚，但无纤维EEN饮食在治疗克罗恩病方面的积极效果基于强有力的临床证据。
一些研究表明，长期EEN喂养对肠道菌群的组成产生影响，这通过重塑肠道菌群和减轻肠道粘膜炎症对TNBS结肠炎产生有益影响。
4.4 极低碳水化合物生酮饮食（VLCKD）
生酮饮食（KD）促进高脂肪摄入、中等蛋白质摄入和极低碳水化合物摄入，使身体进入酮症状态并依赖脂肪获取能量。生酮饮食中通常食用的食物包括肉类、禽类、鱼类、贝类、鸡蛋、奶酪、绿叶蔬菜、坚果、油、黄油、蛋黄酱和奶油，以及非营养性甜味剂可用于替代饮食中的添加糖。含有较高碳水化合物的食物，包括谷物、水果、根茎类蔬菜、低脂乳制品和豆类，被排除在外。治疗性生酮饮食明显低纤维。
一项针对难治性癫痫儿童的治疗研究在KD干预前和干预后检查了粪便微生物群，显示厚壁菌门丰度减少，拟杆菌门丰度增加。在无反应组（无癫痫发作减少）中，发现梭菌目、Ruminococcaceae、Rikenellaceae、Lachnospiraceae和Alistipes富集。遵循低碳水化合物、高脂肪KD的精英运动员显示拟杆菌和Dorea增加，Faecalibacterium减少。在多发性硬化症患者中，观察到短期多样性下降，但在6个月后恢复并超过基线。
对雄性和雌性C57Bl/6J小鼠的体重和肥胖管理研究表明，长期KD仅在雌性中减少体重和脂肪质量。这表明肠道菌群仅部分贡献于体重和脂肪质量的营养变化。
4.5 无麸质饮食
乳糜泻是一种具有遗传倾向和对谷物麸质不适当免疫反应的自身免疫性疾病，可通过无麸质饮食治疗。它与失调相关，其特征是大肠杆菌和葡萄球菌水平升高。乳糜泻还与小肠微生物群的变化相关，包括普雷沃菌和链球菌的减少。治疗后观察到这种疾病的改善。肠道微生物还可以改变特定化疗药物的作用，包括非甾体抗炎药和心脏糖苷，并概述了粪便微生物群移植与无麸质饮食作为治疗的潜力。
5. 利用饮食调整的治疗策略
含有为宿主微生物群提供能量的成分的饮食在维持复杂微生物组方面起着重要作用。高脂肪和高糖饮食以及低发酵纤维的饮食会导致失调，而低脂肪和低糖、高发酵纤维（特别是益生元纤维）的饮食可以显著促进适当的能量稳态和免疫反应，以降低疾病风险并促进整体健康。在健康条件下，饮食调整以及益生菌和益生元的使用可以帮助维持适当的微生物群平衡，并促进适当能量和免疫稳态。
5.1 益生菌
益生菌是活的微生物，当以足够量施用时，对宿主有益健康。它们积极调节免疫系统，导致免疫力增强。许多研究表明益生菌增强认知功能，减少焦虑，并调节人体中的脂质代谢。用于人类的益生菌最常是乳酸杆菌和双歧杆菌属。益生菌的有效性可能因治疗、疾病和构成益生菌的菌株而异。此外，益生菌可能对治疗疾病有效，但对预防无效。迄今为止的研究表明，益生菌对人类健康具有有益和多方面的效果，这鼓励进一步的实验和临床研究。一些益生菌活动有充分记录。益生菌食品含有有益的活性微生物群，可能进一步改变一个人的微生物组。这些包括开菲尔、含活性培养物的酸奶、腌制蔬菜、天贝、康普茶、泡菜、味噌和酸菜等发酵食品。
5.2 抗微生物耐药性和天然产品
微生物通过进化对抗生素产生耐药性。抗生素通过突变和获得性耐药性的组合加速了细菌耐药性。获得对化疗（多药耐药）耐药的微生物是成功治疗的主要障碍。已对选定的天然产物衍生化合物的抗微生物功效以及协同机制和结构的细节进行了植物化学研究。强调了具有天然来源的化合物的重要性，这些化合物可用于创建更安全、更有效的抗微生物药物，以对抗对多种药物耐药的微生物。天然和生物产品，如益生菌、益生元、草药提取物、膳食纤维和合生元，已被证明具有调节肠道微生物群组成和功能的潜力，临床证据支持其促进健康的效果和治疗潜力。了解天然产品与肠道微生物群之间的相互作用可以为它们的健康促进效果和治疗潜力提供有价值的见解。肠道微生物群的功能角色包括抗微生物防御，除了营养代谢和胃肠道完整性。
益生菌菌株产生抗微生物物质，由于它们对革兰氏阴性细菌的高抑制作用，如有机酸（乳酸和乙酸）和低分子量化合物（细菌素）。进入细胞并在细胞内积累，它们导致pH失衡，从而产生抗微生物活性，而细菌素和抗微生物肽通过穿透细胞或减少病原体的细胞壁合成表现出窄谱活性。益生菌细菌产生各种代谢产物，如SCFAs，通过破坏肽聚糖来调节肠道微生物组并改善健康益处，肽聚糖是一种形成围绕细菌细胞质膜的网状支架的大聚合物。
益生元通过增强有益细菌属（如双歧杆菌和乳酸杆菌）以及其他微生物类群的群体，也在微生物组调节和抗微生物耐药性应用中发挥重要作用。这是由于它们的主要特性：抵抗胃pH、胃肠道吸收和酶水解；被肠道衬里微生物群发酵，并刺激具有健康益处的特定肠道细菌群体的生长和活性。
6. 植物蛋白与动物蛋白饮食的影响
摄入植物性蛋白质，如糖化豌豆蛋白，可能会增加有益细菌双歧杆菌和乳酸杆菌的丰度，并减少脆弱拟杆菌和产气荚膜梭菌的丰度。近年来，人们对脉冲（主要包括扁豆、豆类、鹰嘴豆和豌豆）的关注日益增加，与动物蛋白相比，它们可能是植物蛋白的可持续来源。脉冲的消费与啮齿动物和人类中积极的肠道微生物变化相关，改善了双歧杆菌、Faecalibacterium、梭菌、真杆菌和Roseburia属的生长，这些是丁酸和乙酸的主要生产者。
富含植物性蛋白质（如脉冲）的饮食是替代动物蛋白以减少与肠道炎症相关的蛋白质（如蛋氨酸和半胱氨酸）的良好替代品。它们还含有许多抗性淀粉和生物活性化合物，众所周知对肠道微生物稳态有积极影响。
高消费动物性蛋白质（如传统西式饮食中）可能会加剧硫酸盐还原菌（SRB）（如脱硫弧菌属）的生长，这些细菌从膳食无机硫和硫酸化氨基酸（即蛋氨酸、半胱氨酸和牛磺酸）中产生硫化氢（H2S），可能增加肠道炎症。
6.1 不同脂肪类型的影响
高脂饮食（HFD），如含饱和脂肪酸的饮食，会导致肠道失调，拟杆菌门减少，厚壁菌门和变形菌门增加，导致胰岛素抵抗增加、肠道通透性增加和脂肪组织炎症。含有高硫浓度牛奶脂肪的高脂饮食可能会减少粘液中的二硫键，导致粘液层缺陷，并通过硫酸盐还原菌的大量繁殖增加肠道炎症。
单不饱和脂肪酸（MUFAs）（棕榈油酸、油酸和二十碳烯酸）可能与Parabacteroides、普雷沃菌、Turicibacter属和肠杆菌科呈正相关。富含MUFAs的饮食（富含芝麻、南瓜籽、菜籽、特级初榨橄榄油和花生）显示出积极的健康效果，在健康和不健康模型（包括代谢综合征风险人群）中增加了肠道微生物多样性。
中链脂肪酸（MCFAs）存在于初榨椰子油、人乳和婴儿配方奶粉中，可增强双歧杆菌和乳酸杆菌的生长，改善代谢和认知功能。中链甘油三酯（MCTs）通过改善肠道微生物平衡和肠道屏障完整性促进能量消耗、减重和脂质分解。然而，富含椰子油的饮食可能会增加Allobaculum、梭菌、乳酸杆菌、葡萄球菌和厚壁菌门与拟杆菌门的比例，导致代谢紊乱和脂肪组织炎症。ω-3 PUFAs对调节肠道微生物群组成具有显著的积极影响。ω-6/ω-3比例的不平衡可能导致肠道微生物组失调的恶性循环，并可能减少ω-3 PUFAs的吸收。高ω-6/ω-3 PUFA比例可能增加促炎细菌，而低比例可能促进抗炎细菌。
6.2 个性化营养
基于生命阶段、当前健康状况和基因组信息整合的个人饮食计划构成了个性化营养的基础，这通过营养基因组学（一种基于基因测试的营养方法）成为可能。这使得改善知识和改变饮食行为、饮食摄入和生活质量的动机成为可能。
遗传信息的披露和个性化营养干预已被证明能有效改变饮食行为。研究表明，与接受一般建议的人相比，接收个性化遗传信息的人更有可能做出积极的饮食改变。基于网络的个性化营养干预，如Food4Me研究，已成功影响与地中海饮食和其他有益饮食习惯相关的饮食模式。
载脂蛋白E基因型等遗传因素对个性化饮食建议反应的影响已得到研究，显示了基于基因谱的定制干预的潜力。
除了基因组学外，其他组学分析分支，包括蛋白质组学、宏基因组学、代谢组学、转录组学、脂质组学和相互作用组学，包括生物化学测定、软件和数据库，允许进行复杂的综合分析，提供来自不同方法的数据，并提供对个人生理的全面表征，在个性化营养中具有应用潜力。多组学分析和机器学习方法能够开发食物摄入和健康状况的生物标志物。宏基因组分析提供微生物组成的准确和定量描述，包括下一代测序（NGS）技术，使整个基因组（鸟枪法宏基因组学）或单个扩增子（16S rRNA基因测序）的测序成为可能。作为研究肠道微生物组组成和多样性的全面快速技术，宏基因组研究应用于多种疾病的分析和诊断，以及饮食对肠道微生物组的影响及其在代谢疾病中的作用。已开发出个性化饮食反馈系统，以在多中心研究中提供一致的个性化饮食建议，证明大规模个性化营养方法的可行性。
7. 结论
作为外部环境因素，食物与各种疾病的发生和发展密切相关，但也可以促进或恢复健康。不平衡的饮食或营养摄入可能导致肠道微生物组的致病群体繁荣，而其他有益群体减少，导致各种疾病。膳食成分（碳水化合物、蛋白质和脂肪）与肠道微生物组之间的密切关系对人类健康有着深远的影响。
膳食纤维，特别是益生元，促进产生短链脂肪酸和其他对肠道健康至关重要的代谢物的有益细菌的生长。膳食蛋白质的来源和组成显著影响肠道菌群组成，与动物蛋白质相比，植物性蛋白质通常促进更有益的微生物谱。不同类型的膳食脂肪对肠道微生物群体有不同的影响，ω-3脂肪酸通常促进有益细菌，而高饱和脂肪饮食可能导致失调。
各种饮食方法已被证明对肠道微生物组和健康有不同的影响。地中海饮食和素食饮食，其特点是红肉、饱和脂肪和加工食品含量低，多酚含量高，对人类健康有积极影响。富含MUFAs的饮食（富含芝麻、南瓜籽、菜籽、特级初榨橄榄油和花生）也显示出积极的健康效果，在健康和不健康模型（包括代谢综合征风险人群）中增加了肠道微生物多样性。西式饮食，包括富含饱和脂肪的加工食品、高盐、高加工碳水化合物、低纤维、含食品添加剂、非营养性人造甜味剂和乳化剂，对健康有负面影响。低FODMAP饮食、EEN、极低碳水化合物生酮饮食和无麸质饮食已被证明通过调节肠道微生物组在管理特定胃肠道疾病方面有效，分别治疗IBD、特别是克罗恩病、多发性硬化症和乳糜泻。饮食调整以及益生菌和益生元的使用可以帮助维持适当的微生物群平衡，并促进适当能量和免疫稳态。具有天然来源的化合物可用于创建更安全、更有效的抗微生物药物。另一方面，个性化营养能够改善知识和改变饮食行为、饮食摄入和生活质量的动机，显示出基于基因谱的定制干预的潜力。
需要进一步研究以充分了解饮食、肠道微生物组和人类健康之间的复杂相互作用，并开发更有效的饮食策略来预防和治疗与微生物组相关的疾病。宏基因组学、宏转录组学、宏蛋白质组学和代谢组学等多组学方法的整合将提供对这些相互作用的更全面见解，并促进个性化饮食干预的开发，这将是我们下一篇文章的重点。
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