- 舒鲁希·沙（Shrushti Shah）ORCID1,
- 穆春龙（Chunlong Mu）ORCID1,2,
- 沈图·格雷斯（Grace Shen-Tu）ORCID3,
- 罗曼·纳塔莉（Nathalie Rohmann）ORCID4,
- 克里斯蒂娜·施利希特（Kristina Schlicht）ORCID5,
- 劳德斯·马蒂亚斯（Matthais Laudes）ORCID4,5 &
- ...
- 谢勒·简（Jane Shearer）ORCID1,2,6
BMC微生物学 第25卷，文章编号：573（2025）
摘要
背景
以植物为主的健康膳食模式（如富含膳食纤维、多酚和多不饱和脂肪的地中海饮食）已被证实可正向调节肠道微生物群。相反，高饱和脂肪和糖的加工饮食会降低肠道多样性，可能导致体重增加、胰岛素抵抗和慢性低度炎症。尽管已有相关认知，但地中海饮食影响肠道微生物及其健康效益的具体机制尚不明确。
方法
这项回顾性观察研究分析了加拿大阿尔伯塔省"明日计划"中年参与者（40-65岁）的地中海膳食成分（蔬菜、水果、豆类、全谷物、鱼类、肉类、乳制品、酒精、饱和与不饱和脂肪）与肠道微生物的关系。通过加拿大膳食史问卷（CDHQ-II）记录饮食，根据改良地中海饮食评分（mMDS）将参与者分为四个四分位组。采集血液和粪便样本进行代谢组学和16S rRNA测序分析。
结果
研究发现，较高地地中海饮食依从性与α多样性增加及普氏菌属、副拟杆菌属、XIVb族梭菌属、考普罗巴克特属和图里西巴克特属等有益纤维降解菌丰度升高相关。此外，坚持地中海饮食的参与者体内对羟基马尿酸和吲哚乙醛等血清微生物代谢物浓度更高。
结论
研究结果表明肠道微生物及其代谢产物在地中海饮食健康效益中起核心作用，凸显其在促进代谢健康和预防慢性病中的潜在价值。
引言
地中海饮食（MedD）以高摄入水果、蔬菜、全谷物、豆类、橄榄油和鱼类，以及适量红肉和饱和脂肪为特征，被认为是世界上最健康的膳食模式之一。大量流行病学和临床研究证实坚持MedD可延长寿命并降低慢性代谢病、炎性肠病发病率。尽管MedD益处明确，但全球肥胖率上升表明许多人群正偏离这种健康饮食模式。取而代之的"西方饮食"以高热量、低营养密度为特点，与体重增加、代谢性疾病和癌症风险上升密切相关。
近期研究表明饮食对肠道微生物群（人类消化道中复杂的微生物群落）有显著影响。值得注意的是，富含纤维、多酚和健康脂肪的MedD培养了能传递健康效益的微生物组成。相比之下，高饱和脂肪和糖的饮食会减少微生物多样性并增加肠道菌群失调风险。例如，针对18-65岁肥胖风险人群的随机对照研究发现，提高MedD依从性可增加拟杆菌门丰度并减少厚壁菌门菌属，同时降低体重和体脂。从西方饮食向MedD转换仅4天即可显著增加有益纤维分解菌（如毛螺旋菌属和丁酸单胞菌属）及肠道来源的色氨酸代谢物。12个月的MedD干预还能增加碳水化合物降解菌（如普拉氏粪杆菌和罗斯氏菌属）丰度，促进短链和支链脂肪酸的产生。
尽管有证据支持植物性MedD的益处，但其健康效益的具体机制尚未完全阐明。有研究提出可能的途径是肠道微生物、膳食纤维和MedD中多酚类物质相互作用产生具有生物活性的代谢物改善心脏代谢健康。本研究在控制年龄、BMI和性别等混杂因素后，分析MedD成分与40-65岁中年人肠道微生物的关系，并调查相关微生物代谢物，为特定饮食驱动的肠道菌群改变对整体健康的影响提供新见解。
方法
研究参与者
这项回顾性观察研究获得卡尔加里大学联合健康研究伦理委员会（REB17-1973）批准。阿尔伯塔明日计划是基于人群的队列研究，2000-2015年间招募了约55,000人。研究团队重新联系了居住在卡尔加里的1343名参与者，最终纳入443名（28.2%男性，71.8%女性）38-65岁成年人，排除标准包括有效问卷完成度、粪便和血液采集完整性、严重肥胖（BMI>40 kg/m²）、孕妇、癌症患者、重度吸烟者及过去3个月使用抗生素者。
通过电子邮件发送加拿大健康饮食问卷（CDHQ II），根据每周9类食物（蔬菜、水果、豆类、谷物、乳制品、肉类、鱼类、酒精、脂肪酸比）摄入量计算改良地中海饮食评分（mMDS），按总能量摄入调整。根据健康人群性别特异性中位数确定每项食物的切点，饮食评分范围从0（最不健康）到9（最健康）。最终形成四个mMDS四分位组：Q1（mMDS 1-2，n=64）、Q2（mMDS 3-4，n=140）、Q3（mMDS 5-6，n=128）、Q4（mMDS 7-8，n=36）。
样本收集和人体测量
通过邮寄粪便采集套件（Protocult 120）收集样本，要求参与者将粪便样本储存在-20°C并当日送达研究站点（卡尔加里里士满路诊断与治疗中心）。训练有素的采血员通过肘前静脉采集血液并分离血清。采集空腹血液和粪便样本的时间间隔不超过48小时。样本储存于-80°C直至分析。研究站点工作人员记录了站立/坐姿身高、体重、收缩压/舒张压、心率、腰臀围和握力等身体测量数据。
粪便DNA提取、扩增和测序
使用QIAamp Fast DNA Stool Mini试剂盒（Qiagen）提取总基因组DNA。约200mg样本与1ml InhibitEX缓冲液混合，使用SpeedMill PLUS（Analytic Jena）在60Hz下均质化45秒，95°C加热5分钟，10,000rpm离心60秒。取200µl上清液转移至1.5ml微量离心管，使用QIAcube进行自动化DNA分离。纯化后的DNA沉淀重悬于200µl TE缓冲液，-20°C保存。扩增V3-V4高变区后进行测序，原始数据存入NCBI序列读取档案（SRA PRJNA922681）。在R（v.4.1.3）中使用phyloseq包（v.1.34.0）进行数据预处理。去除少于20次测序读数的ASV、蓝藻门、线粒体科和叶绿体纲的ASV后，共获得18,937个ASV。
非靶向血清代谢组学
50µl血清样本与200µl冰冻LC-MS级100%甲醇（含内标）混合，超声处理后14,000rpm离心10分钟。上清液置于Speed-Vac系统（Eppendorf）在45°C干燥，50%甲醇重悬，两次0.2µM过滤。使用Agilent 6550 iFunnel Q-TOF LC/MS系统分析，通过Acquity UPLC HSS T3 C18柱（2.1×100 mm，1.8um）梯度洗脱（流动相H2O，流动相100%乙腈）。数据标准化使用MetaboAnalyst 5.0的中位数折叠变化和自动缩放功能。使用人类代谢组数据库（HMDB）、PubChem和METLIN数据库进行特征识别。火山图分析定义显著性的两个标准：log2倍数变化大于1（或小于-1），对应最小两倍表达变化；p值<0.05对应-log10(p值)>1.3。
统计分析
数据以平均值±标准差表示。两组比较采用Welch校正的独立t检验，多组分析采用单因素方差分析。使用GraphPad Prism v.10的ROUT方法（1%）识别并去除异常值。p≤0.05视为显著。相对微生物丰度经零替换后使用zCompositions（v.1.3.4）和CoDaSeq（v.0.99.6）进行中心对数比转换（CLR）。使用Shannon多样性指数和Bray-Curtis不相似性度量计算α和β多样性。Kruskal-Wallis和PERMANOVA检验组间α和β多样性差异。线性判别分析效应大小（LefSe）用于识别生物标志物。冗余分析测量微生物群与协变量的关系。使用MaAsLin2进行多变量建模，错误发现率（FDR）校正，q≤0.25视为显著。
结果
参与者特征
研究队列包含368名（266女/102男）40-65岁参与者（平均年龄56.9±6.3岁），平均BMI 25.2 kg/m²。65%为正常体重，20%超重（BMI 25.0-29.9 kg/m²），15%肥胖（BMI>30 kg/m²）。根据mMDS分类，Q3组BMI显著低于Q1组，但腰臀比无差异。
地中海饮食促进微生物多样性和组成
多样性分析显示，高依从性Q4组α多样性显著增加（Q4：4.34±0.24 vs. Q1：4.17±0.34，p<0.05）。但β多样性四组间无显著差异。门和科水平相对丰度无显著差异：厚壁菌门Q1（45.0%）、Q2（44.7%）、Q3（45.4%）和Q4（38.8%）；拟杆菌门39.8%（Q1）到46.3%（Q4）；疣微菌门5.1%-5.9%；放线菌门1.7%（Q4）到2.8%（Q1）；变形菌门5.0%（Q2）到8.1%（Q4）。
特定微生物类群与地中海饮食相关性
研究发现普氏菌属（coef=0.07，p=0.01）和图里西巴克特属（coef=0.16，p<0.01）丰度随MedD依从性提高而增加，而布劳特氏菌属（coef=-0.17，p<0.01）和考普罗卡氏菌属（coef=-0.07，p<0.01）丰度下降。LEfSe分析显示Q4组普氏菌属（LDA评分~2.8）、蛋白细菌门（~3.8）、β-变形菌纲（~3.7）和苏特菌科（~3.3）丰度更高，而Q1组放线菌门（~−2.3）和相关菌属（如吉米拉菌属~−3.5）丰度增加。调整年龄、BMI和性别后，Q4组XIVb族梭菌属（p<0.01）、梭杆菌属（p<0.01）、考普罗巴克特属（p<0.01）和副拟杆菌属（p<0.05）丰度显著升高。
地中海饮食相关的代谢物特征
非靶向血清代谢组学显示Q4组与Q1组存在显著分离（PLS-DA，CV-ANOVA p<0.001）。火山图显示高依从性组对羟基马尿酸（log₂FC=1.8）和吲哚乙醛（log₂FC=1.7）等植物源多酚代谢物增加，同时发霉食品代谢物富马毒素AK1（log₂FC=-2.3）和食品添加剂聚氧乙烯山梨醇单油酸酯（P80，log₂FC=–1.9）减少。
肠道微生物反映地中海饮食成分
mMDS评分与蔬菜、水果等健康成分呈正相关，与肉类、乳制品和饱和脂肪呈负相关。冗余分析显示豆类、蔬菜、水果和肉类对微生物变异解释度显著。Spearman相关性分析证实纤维降解菌（如普氏菌属、考普罗巴克特属）与豆类、水果和脂肪酸比正相关，而与饱和脂肪负相关。
讨论
随着生活方式相关代谢病发病率上升，选择促进有益肠道微生物群的饮食模式变得尤为重要。本研究发现坚持健康饮食的人群肠道微生物多样性增加，碳水化合物降解菌（如普氏菌属、XIVb族梭菌属、图里西巴克特属和考普罗巴克特属）丰度升高。非靶向代谢组学发现对羟基马尿酸、甜菜碱和吲哚乙醛等有益代谢物浓度增加，凸显MedD、肠道菌群和代谢产物的复杂相互作用。
本研究证实增加MedD摄入对肠道微生物结构有显著影响，与欧洲和美国大规模人群研究结果一致。最高四分位组（Q4）显示更高α多样性，表明心血管代谢疾病风险较低和肠道微生物群稳定性增强。这些结果支持高纤维食物和低红肉/加工肉类摄入可能增加肠道微生物多样性的观点。研究还确定豆类、蔬菜和水果是驱动微生物多样性提升的主要成分。
在控制年龄、性别和BMI后，植物性高纤维饮食可能增加纤维降解菌。豆类、蔬菜、水果、坚果和全谷物的高摄入及肉类、乳制品和饱和脂肪的低摄入与普氏菌属、副拟杆菌属等有益菌丰度正相关。这些菌属可降解复杂碳水化合物产生短链脂肪酸（SCFA），特别是丙酸盐。最近Seethaler等研究显示，3个月MedD干预可通过增加SCFA改善肠道屏障功能。Merra团队也发现碳水化合物饮食与普氏菌主导的肠型相关，而动物蛋白和脂肪与拟杆菌主导的肠型相关。本研究证实普氏菌与豆类、水果和脂肪酸比正相关，与饱和脂肪和肉类负相关，进一步支持其与植物性碳水化合物代谢的关联。
值得注意的是，本研究发现普氏菌与酒精摄入呈正相关。尽管未详细记录酒精类型，但多项干预和队列研究表明红酒消费与微生物α多样性和普氏菌增加相关。非靶向血清代谢组学分析发现多种有益微生物源代谢物浓度变化。其中，由肠道菌群作用于膳食多酚产生的对羟基马尿酸因其抗炎和抗氧化作用受到关注。吲哚乙醛（色氨酸代谢产物）与肠道稳态正相关。本研究还发现普氏菌属和布劳特氏菌属某些物种丰度增加，这些菌属已知参与微生物代谢物产生，进一步强调代谢物在实现肠道菌群介导的MedD效应中的作用。
其他值得关注的代谢物包括健康饮食者体内三甲基酪氨酸、苯丙氨酸甜菜碱和吲哚乙醛浓度增加，反映芳香族氨基酸（AAA）代谢差异。酪氨酸、苯丙氨酸和色氨酸主要来自饮食，参与蛋白质合成。近期研究显示肠道菌群可分解AAA产生可能影响免疫、代谢和神经反应的代谢物。相反，加工食品相关代谢物如广泛使用的食品乳化剂聚氧乙烯山梨醇单油酸酯（P80）在Q1组浓度更高。相关研究显示该添加剂与代谢紊乱、肠道菌群失调和认知衰退加速相关。
本研究局限性包括自我报告饮食数据可能存在偏倚，16S rRNA测序技术限制属级分辨率，缺乏粪便代谢组学分析以及观察性研究无法建立因果关系。然而，使用综合统计模型控制饮食、菌群和相关代谢物增强了结果的可信度。
综上所述，随着生活方式相关代谢病持续上升，采用促进有益肠道菌群组成的饮食至关重要。本研究结果强调MedD在增强肠道微生物多样性和改善中年人代谢健康方面的显著效益。增加豆类、蔬菜和水果等高纤维食物摄入与普氏菌属和XIVb族梭菌属等有益菌及对羟基马尿酸和吲哚乙醛等健康代谢物增加相关，将饮食与抗炎和抗氧化效应联系起来。
数据可用性
16S rRNA基因序列数据存入美国国家生物技术信息中心（BioProject SRA PRJNA922681）。
参考文献
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