综述
摘要
肠道微生物组在健康与疾病中的关键作用激发了人们对通过饮食干预来调节其组成和增强微生物多样性的兴趣。尽管存在优化微生物组的方法，但由于生态系统的复杂性和个体间差异，通用指南仍然难以确定。本综述考察了间歇性禁食(IF)相关的生化变化，特别是斋月间歇性禁食(RIF)，后者涉及在白天完全禁食食物和液体。与其他间歇性禁食方案不同，RIF的完全禁食为研究其对肠道微生物组和代谢途径的特定影响提供了独特机会。初步研究表明，RIF有利地调节了微生物谱，可能增加Akkermansia muciniphila（阿克曼氏菌）和Bacteroides fragilis（脆弱拟杆菌）等有益类群。然而，由于样本量小和研究设计的异质性等限制，需要进一步研究以充分阐明间歇性禁食潜在健康益处的微生物组驱动机制，特别是与癌症、糖尿病和神经退行性疾病相关的内容。Dorea（多雷氏菌属）、Klebsiella（克雷伯氏菌属）和Faecalibacterium（粪杆菌属）等关键类群的变化受人口统计学因素影响，进一步强调了这一需求。RIF模型在间歇性禁食中具有独特机制，对未来应用具有前景。
引言
人体是一个复杂且精妙平衡的系统，包含约3.72×10^13个细胞，分布在约200种不同类型的细胞中，每种细胞在大小、形状和功能上都有显著差异[1]。然而，这种细胞复杂性被人体内居住的庞大微生物群体所匹配，甚至可能超过，特别是在胃肠道中。微生物群研究中已确立，人体内的细菌数量比人体细胞多约10倍。这一惊人的比例突显了这些微生物对人类健康的深远影响。大多数这些微生物群体居住在结肠中，仅结肠就估计容纳了10^11个细菌细胞[2]，它们共同被称为肠道微生物组。肠道微生物组作为一个动态且多样的生态系统，现在被认为是各种生理过程的关键参与者，包括消化、免疫功能甚至神经健康[3,4]。宿主与其微生物居民之间的复杂相互作用对于维持体内平衡至关重要，这种平衡的破坏，即菌群失调，已与从代谢紊乱到心理健康状况的各种疾病相关联[5,6]。
最近分子生物学的进步，特别是通过16S核糖体RNA测序等无需培养的方法，大大扩展了我们对人类肠道微生物群的理解[7]。这些技术揭示，人类肠道微生物组主要由两个主要细菌门组成：拟杆菌门(Bacteroidetes)和厚壁菌门(Firmicutes)，它们共同构成了近90%的微生物群体[8]。尽管微生物组组成存在高度的个体间差异，但所有健康个体共有的"核心"微生物群对于肠道的正常功能至关重要[9,10]。
核心微生物组的概念由人类微生物组计划引入，旨在识别在所有健康人类中普遍存在的微生物分类群或基因[3]。这一概念已演变为指代在宿主相关微生物组的各种生物学方面（如生态稳定性、空间分布和对宿主功能的贡献）发挥关键作用的一组微生物[11]。然而，肠道微生物组并非静态实体；它是高度动态的，并对各种外部因素作出反应，尤其是饮食[12]。
饮食是肠道微生物组的主要调节器，能够在几天内引起微生物组成的重大变化[13]。饮食习惯，特别是与现代西方饮食相关的习惯，其特点是高摄入加工食品、糖和不健康脂肪，已被证明对肠道微生物组产生负面影响。这些饮食通常导致微生物多样性减少、有害细菌增加和肠道功能失衡，从而导致包括肥胖、炎症和代谢性疾病在内的各种健康问题[14]。相反，特定的饮食成分，如益生元，可以促进有益细菌的生长，增强短链脂肪酸(SCFAs)的产生，并支持整体肠道健康[15]。
目前，全球有超过20亿穆斯林，估计有1.5亿人在神圣的斋月期间进行禁食。最近，斋月间歇性禁食(RIF)，在国际禁食术语共识中被描述为间歇性干禁食[16]，引起了越来越多的关注。RIF涉及从黎明到日落在29至30个连续天内完全禁食所有食物和饮料，包括水[17]。作为伊斯兰教的第四大支柱，斋月禁食对所有健康的成年穆斯林是强制性的，孕妇和哺乳期妇女、患病者、老年人以及旅行超过一定距离的人可以豁免禁食[18,19]。禁食时间每年变化，从每天10到21小时不等，取决于地理位置和太阳季节，因为斋月遵循阴历[20]。这种做法显著影响生活的各个方面，包括睡眠质量和持续时间[21,22]、食物种类和营养摄入[23,24]以及身体活动水平[22,25]。
超过七十年的RIF研究[26]揭示了大量证据，支持其对健康观察者的多种代谢和生理益处，包括减少体重[27]、体脂[28]和内脏脂肪[29]；改善代谢综合征组分[30]和心血管代谢风险因素[31]；以及降低氧化应激和炎症标志物[32,33]。此外，RIF与改善的肝功能测试[34]、改善的非酒精性脂肪肝(NAFLD)标志物[35]、更好的葡萄糖稳态[36]以及上调抗氧化、抗炎、代谢调节(SOD2、TFAM、Nrf2、SRT1、SIRT3)以及自噬基因表达[[37]、[38]、[39]]相关。它还下调与肥胖相关的(FTO)基因表达[40]，并涉及代谢组学[41]、脂质组学[33]和微生物组学[42,43]谱的变化。
此外，RIF引起的代谢和生理变化在健康和疾病环境中男女之间存在差异[44,45]。值得注意的是，这些益处与关于良好健康和福祉的可持续发展目标(SDG 3)一致[46]。
本综述的目的是探讨间歇性禁食(IF)和热量限制(CR)的生化方面，特别关注斋月间歇性禁食(RIF)及其对宿主和人类肠道微生物组的影响。本综述将检查健康肠道微生物群的核心组成和功能、菌群失调的后果以及饮食在调节肠道健康中的关键作用。此外，它还将研究在禁食背景下宿主产生的酮体与微生物群产生的SCFAs之间错综复杂的相互作用，以及这些相互作用如何影响全身代谢和整体健康。通过综合当前文献，本综述旨在提供对间歇性禁食如何影响肠道微生物组并促进改善健康结果的全面理解。
不同形式的间歇性禁食比较
表1总结了各种禁食方案，概述了它们的持续时间和对食物及液体摄入的限制。间歇性禁食由于其健康益处的新兴证据（包括代谢调节和肠道微生物群调节）而受到广泛关注[47]。间歇性禁食包括一系列饮食模式，常见形式包括限时进食(TRE)、隔日禁食(ADF)和全天禁食[17]。与热量限制不同，热量限制涉及在维持常规进食时间的同时减少卡路里摄入。
核心微生物组功能、菌群失调与饮食调节
人类微生物组计划使核心微生物组的概念广为人知，旨在识别在所有健康个体中一致存在的微生物分类群[11]。由于在微生物组成中观察到的高度个体间变异性，定义什么构成核心微生物群具有挑战性。虽然这种变异性受饮食、年龄和环境暴露等因素影响，但遗传因素的作用相对较小[12]。
肠道微生物组：关键功能与健康意义
肠道微生物组通过参与各种生理过程在维持人类健康中发挥关键作用。肠道微生物群的关键功能之一是通过底物竞争、抑制物质产生和免疫系统调节等机制确定对感染的抵抗力。最近的研究已从广泛预测转向对这些功能的详细调查。例如，定植抗性是一种关键...
胃肠道与营养调节
胃肠道(GIT)是食物消化和吸收的中心场所，使其成为感知营养波动的关键参与者。这一功能由整合营养感知与免疫反应的复杂激素信号通路网络调节。肠上皮细胞(IECs)，包括吸收性肠细胞和分泌性细胞（如肠内分泌细胞、杯状细胞和潘氏细胞），在维持消化和屏障功能中至关重要。
斋月间歇性禁食的生理、代谢与健康效应：益处与考量
间歇性禁食因其潜在的健康益处（包括肥胖预防、心血管健康支持、改善脂质谱和通过代谢转换实现减重）而受到广泛关注。通过增强线粒体功能和氧化动力学，间歇性禁食可能有助于心血管健康和长寿[100]。在动物模型中，间歇性禁食也显示出逆转代谢综合征(MS)某些方面的前景，如高血压、腹部脂肪积累、胰岛素抵抗和...
不同禁食方案对微生物组的响应
所有形式的间歇性禁食和热量限制都可能对肠道微生物群产生独特影响[17]。热量限制，即显著减少日常卡路里摄入，通常会通过减少整体细菌多样性和产短链脂肪酸细菌的数量来破坏肠道微生物群。这些变化可能降低营养吸收并损害定植抗性，使肠道环境更容易受到病原体（如Clostridioides difficile（艰难梭菌））的影响[144]。相比之下，隔日禁食(ADF)，即个体在禁食日和正常进食日之间交替...
斋月间歇性禁食期间的肠道菌群重塑
另一方面，RIF呈现一个关键区别，即它涉及在白天完全禁食食物和液体。这种进餐时间的差异，即食物和饮料消费严格在日落后进行，可能对肠道微生物群产生与其它间歇性禁食方案（如限时进食或热量限制）不同的影响，后者没有对液体摄入的这种限制。RIF中的进餐时间，符合宗教实践，引入了一个重要因素...
不同禁食方案的微生物特征比较
关于RIF的初步研究表明Akkermansia muciniphila（阿克曼氏菌）和Bacteroides fragilis（脆弱拟杆菌）组有所增加[153]。然而，这些发现基于小样本量和有限的时间点（斋月前后）。这些局限性突显了需要更稳健的研究设计来充分理解RIF对肠道微生物群的长期影响。一项涉及来自不同国家的34名健康参与者的研究报告称，RIF主要影响β多样性和...
禁食的微生物介导的代谢和免疫效应
一项研究调查了代谢综合征(MS)和胰岛素抵抗(IR)个体中禁食血清代谢组与肠道微生物组之间的联系。该研究将肠道细菌，特别是Prevotella copri（普氏栖粪杆菌）和Bacteroides vulgatus（脆弱拟杆菌），与IR相关代谢组异常的发展联系起来。源自P. copri的血清支链氨基酸(BCAAs)被确定为发展IR和恶化葡萄糖耐受不良的风险因素[157]。类似策略被用于研究...
斋月间歇性禁食微生物组研究中的潜在混杂变量
必须承认，几种同时发生的生活方式变化可能作为混杂变量，独立于禁食本身影响肠道微生物组。一个主要因素是宏量营养素组成，在RIF期间往往会变化，因为个体在非禁食窗口期间消费的传统餐食通常富含脂肪、蛋白质和精制碳水化合物。证据表明，低碳水化合物饮食会减少有益类群（如双歧杆菌）...
禁食-微生物组研究中的证据缺口与转化挑战
研究继续探索通过间歇性禁食修改微生物组作为治疗糖尿病的策略[130,136,175,176]，尽管当前研究主要基于动物。需要更多人类研究来完全建立这种联系。在一项涉及15名接受Buchinger Wilhelmi禁食计划参与者的研究生中，观察到微生物组变化（例如Lachnospiraceae（毛螺菌科）和Ruminococcaceae（瘤胃球菌科）减少以及Bacteroidetes（拟杆菌门）增加），在重新喂食期间恢复到基线水平。这些...
酮体与间歇性禁食：代谢作用、微生物群相互作用及意义概述
在禁食期间，肝脏糖原分解是葡萄糖的主要来源，为大脑、红细胞和肾髓质等依赖葡萄糖的组织提供能量[178]。随着禁食继续和糖原储备耗尽，糖异生上调以维持血糖水平。由于禁食期间胰岛素水平降低，葡萄糖优先供应给不需要胰岛素进行葡萄糖摄取的组织。同时，甘油三酯的分解...
禁食期间宿主来源酮体与微生物群来源短链脂肪酸的综合代谢动力学
禁食提供了一个受控环境来检查宿主与肠道微生物群之间的复杂代谢相互作用，揭示宿主来源酮体和微生物群来源短链脂肪酸(SCFAs)如何协同工作以维持代谢稳态。尽管结肠中产生的短链脂肪酸只有一小部分进入全身循环，但它们在影响不同器官的代谢过程中的作用越来越被认可[188]。乙酸盐、丙酸盐和丁酸盐是最丰富的...
肠道微生物群在调节人类组织代谢中的关键作用
人类组织代谢与肠道微生物群活动的整合已成为研究的关键领域，揭示了微生物群作为人类健康中关键共生成分的作用。一旦被视为仅仅是被动居民的肠道微生物群，现在因其能够执行影响人类生物学几乎每个方面的众多生理和生化功能而得到认可。无菌动物研究提供了强有力的证据...
结论
总之，间歇性禁食，特别是斋月间歇性禁食(RIF)，是肠道微生物组的有力调节器，推动有益的微生物组成变化以支持宿主健康。然而，RIF比间歇性禁食和热量限制过程更为复杂，因为它涉及完全禁食食物和水，且进餐仅限于夜间。此外，RIF通常涉及食用独特、传统的食物并改变睡眠模式。这些因素导致RIF中更大的生理压力，可能会引发...
【全文结束】
