膳食纤维对肠道微生物组的影响及其在肥胖、癌症和心血管代谢疾病中的作用

How gut microbiome and fiber diversity shape chronic disease outcomes

最近发表在《自然-微生物学评论》上的一篇综述中，来自比利时和爱尔兰的研究人员综合了关于特定类型膳食纤维与慢性病风险之间关联的文献。他们阐明了肠道微生物组在膳食纤维效果中的作用，重点关注三种最常见的非传染性疾病：肥胖、癌症和心血管代谢疾病。

肠道微生物组包含数万亿的微生物，包括细菌、病毒和真菌，它们通过影响消化、免疫功能和代谢在人类健康中发挥着关键作用。这篇综述为关于膳食纤维的化学结构和可发酵性对肠道微生物多样性及功能的影响的持续辩论提供了证据，展示了不同类型的膳食纤维与肠道微生物组组成之间的关系，并从流行病学角度将常见慢性疾病的发病率增加与膳食纤维摄入不足联系起来。

综述进一步整理了这些生理益处的潜在机制，强调膳食纤维可能选择性地促进特定细菌类群的发展，同时指出个体间肠道微生物组成的显著差异需要进行个性化评估，以实现肠道微生物组的真正治疗潜力。

什么是膳食纤维，为什么我们应该关注？

膳食纤维有时被称为“粗粮”，是指植物性食物中抵抗人体消化酶消化的化合物。膳食纤维在其化学结构上有很大差异，由碳水化合物或非淀粉多糖组成。它们通常根据其溶解性、粘度和肠道细菌的可发酵性进行分类，这影响了纤维在体内的处理方式及其对健康的影响。

越来越多的文献突出了可发酵纤维的具体益处，加速了其受欢迎程度，并推动了制药领域的进步，使得从植物中分离膳食纤维甚至合成不可消化的多糖或寡糖成为可能。这些益处导致多种类型的膳食纤维被纳入多个国家和国际饮食建议中。它们包括改善肠道转运时间、营养物质捕获以及粪便中的水分可用性，直接影响消化并产生短链脂肪酸（SCFAs），如乙酸、丙酸和丁酸，这些物质调节肠道和全身健康。

不幸的是，个体间肠道微生物组成的显著差异导致大多数小型和中型队列研究的结果不一致，引发了关于特定纤维摄入与肠道微生物健康之间因果和功能关联的广泛争论。本综述旨在综合当前假设和流行病学证据，揭示这些关联及其在慢性病风险中的意义。肥胖、癌症（特定类型）和心血管代谢疾病是最常见的慢性疾病，具有最高的死亡风险，是本综述的重点。

膳食纤维摄入对肠道微生物多样性的影响

人类“发酵”膳食纤维的能力可以归因于表达碳水化合物活性酶（CAZymes）的特定细菌种群。这些酶根据纤维的复杂性分解不同的纤维，从简单的单体如果聚糖到复杂的聚合物如果胶，后者需要更多的CAZyme家族。能够处理的化合物类型取决于现有的肠道微生物群组成。它们的输出（短链脂肪酸[SCFAs]）被认为会改变肠道的营养景观，从而影响（并可能扩展）未来的肠道多样性。

由于流行病学调查经常建立肠道微生物α多样性（社区的丰富性和均匀性）与慢性病风险之间的反向关联，许多研究试图将膳食纤维作为膳食补充剂使用。然而，这些研究结果并不一致——虽然一些研究观察到了微生物多样性的增加，但其他研究则报告没有增加，还有一些研究发现多样性减少。这种结果的变异性部分是由个体在摄入纤维前的微生物组成差异引起的，表明可能需要个性化的饮食干预。

肠道、纤维与疾病

世界卫生组织（WHO）认为肥胖和癌症是本世纪最显著的公共卫生挑战，这在考虑到这两种疾病在2021年分别占所有人类死亡人数的29%（1940万）和15%（980万）时是有道理的。

幸运的是，肥胖和几种癌症类型已知是可以归因于可预防因素的，包括饮食、烟草使用和酒精消费。健康的饮食模式，如地中海饮食（MD），已被证明可以在流行病学和营养/肠道微生物研究中显著降低疾病风险。

膳食纤维和肠道健康都已知可以独立改善肥胖和心血管代谢结局。虽然前者机制已经明确，但决定后者的机制仍然存在争议。然而，越来越多的证据表明，可发酵纤维可以通过与肠道微生物组的相互作用影响代谢途径和炎症。

同样，膳食纤维已被证明可以降低某些癌症（结直肠癌和乳腺癌）的风险，但导致这些观察结果的机制仍然未知。

鉴于肠道微生物组在膳食纤维发酵中的作用，它在改善慢性病结局中的作用是无可否认的。然而，缺乏一致的因果联系意味着需要进一步的研究。

“五种涉及肠道微生物群的主要机制已经被报道。首先，纤维发酵导致短链脂肪酸（如丁酸）的产生，这些物质被广泛描述为抗肿瘤的。其次，次级胆汁酸（BAs），可以促进肿瘤形成，可以通过纤维摄入进行调节。胆汁酸的模式可以通过膳食纤维进行调节，既可以通过肠道微生物群也可以独立于肠道微生物群。第三，与膳食纤维相关的木质素可以被细菌代谢成肠内木质素。第四，一些膳食纤维可以减少细菌β-葡萄糖醛酸酶活性，从而减少毒素的形成和再吸收，限制致癌风险。最后，膳食纤维摄入可以促进抗肿瘤免疫。”

结论与未来方向

这篇综述综合了当前关于肠道微生物-膳食纤维关联对慢性疾病（尤其是肥胖、癌症和心血管代谢疾病）的影响的知识。它提供了高膳食纤维摄入对疾病风险（降低）和结局有益影响的证据，但强调了我们对这些观察背后机制的理解还存在差距。特别是，个体间肠道微生物组成的显著变异产生了混淆的结果，引发了大量关于饮食建议的争论和不确定性。

未来的研究必须要么采用大规模队列，从而考虑肠道微生物的变异性，要么（更优选）采用个性化评估协议，利用个体独特的肠道微生物多样性来最佳地对抗慢性疾病。后一种方法虽然昂贵且劳动密集，但可能允许进行前所未有的安全和有效的饮食干预或药物治疗。

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