膳食成分与肠道菌群相互作用

石塔拉^1,2，高蔚娜¹，郭长江¹

（¹军事医学科学院卫生学环境医学研究所，天津300050; ²滨州医学院，烟台264003）

　　肠道是人体重要的消化系统，食物在肠道中数百种菌群作用下更有效的被机体吸收利用。健康成年人肠道主要由拟杆菌、厚壁菌及少量的放线菌门和变形菌门组成。肠道内菌属之间适宜的比例在提高宿主食物消化吸收、改善免疫功能和肠道屏障等方面起着至关重要的作用，同时，膳食成分对肠道菌群的构成也有显著影响。肠道菌群的失衡与慢性代谢性疾病、过敏、肝病、结肠癌等有密切关系，也影响人智力和情绪。肠道菌群的平衡除了受宿主遗传、药物使用等因素外，大概有50%以上菌群多样性受膳食因素的影响。

 碳 水 化 合 物 

碳水化合物健康成人每天摄入的碳水化合物中至少有20～60g会到达大肠与其菌群相互作用。谷薯类和根茎类蔬菜之中的不同结构的抗性淀粉 (RS1～4)，对肠道菌群的影响不同，RS3可增加肠道中直肠真杆菌、布氏瘤胃球菌和双歧杆菌，RS2增加直肠真杆菌和布氏瘤胃球菌，RS4则增加青春双歧杆菌和吉氏拟杆菌数量。之外，常用于婴幼儿奶粉中的低聚半乳糖，可增加青春和链状双歧杆菌及普拉氏梭杆菌数量。菊粉和果聚糖混合物可提高青春和长双歧杆菌的数量，并生成一定量的乳酸、甲酸、醋酸或被降解成较小的低聚糖而增加霍氏真杆菌和丁酸弧菌并产生丁酸。可降解纤维素的菌群有梭菌属、真细菌、瘤胃球菌属、拟杆菌属，其中优势菌群和降解程度受甲烷排泄的影响，甲烷排泄个体以厚壁菌，非甲烷排泄者以拟杆菌为优势菌。碳水化合物被发酵过程中所生成的SCFA可通过促进糖合成调节中枢系统，或通过抑制组蛋白去乙酰化酶活性，激活G蛋白受体而分泌高血糖素样肽而影响机体。其中乙酸和丙酸可抑制TNF-α的释放，防治结肠炎，丁酸能有效抑制结肠肿瘤细胞增殖、诱导肿瘤细胞分化和凋亡、影响原癌基因的表达，预防和治疗结肠癌，而未被吸收的部分可调节肠道内环境的氧化还原平衡而影响肥胖、糖尿病等代谢相关疾病发生风险。

 蛋 白 质 

蛋白质人每天摄入蛋白质中的10%左右可进入大肠，在链球菌属、芽孢杆菌属、丙酸杆菌、葡萄球菌等菌群作用下生成氨基酸，并在氨基酸分解酶作用下产生NH₃、H₂S、SCFA、多胺化合物、吲哚及酚类化合物。生成的多胺类物质与结肠细胞内的多种大分子物质结合，影响细胞的生长和增殖，诱发相关的疾病。异丁酸、2-甲基丁酸、异戊酸，生成量的增加会破坏肠道菌群平衡，引起炎症性肠病或肥胖。蛋白质也是L-肉碱的主要来源，在发酵过程中L-肉碱会生成引发动脉粥样硬化的三甲胺。但高蛋白饮食不一定都引起有害作用，如糖化豌豆蛋白的摄入可增加乳酸杆菌和双歧杆菌数量和粪便中乳酸含量。除外，大概有30%左右的蛋白质可转换成SCFA，并且膳食营养素之间的比例也会影响蛋白质营养价值，如提高食物中碳水化合物的比例会限制蛋白质水解发酵，而减少有害代谢产物的生成。

 脂 类 

脂类在小肠消化吸收的比例较大，粪便中测得的脂肪酸只有7%左右。但高脂饮食-肠道菌群-肥胖相关研究越来越引人注目。肥胖与厚壁菌门/拟杆菌门比例呈负相关，菌群通过改变血清、脂肪组织、肝脏中脂类代谢物种类，而间接影响脂类和能量代谢。肠道有些菌群可产生胆固醇氧化酶，将胆固醇氧化成胆固烯酮，进而被降解成胆固烷醇和粪固醇，加速胆固醇的降解排泄，或在胆汁酸水解酶的作用下产生游离胆汁酸而降低血胆固醇水平，或抑制艰难梭菌的生长。某些肠道菌群也作用于卵磷脂的代谢过程，生成三甲胺，并在肝脏黄素单加氧酶作用下形成N-氧化三甲胺，从而增加心血管疾病的发生风险。高脂饮食也会明显减少罗氏菌(Roseburia)数量以及肥胖、胆固醇血症和脂肪酸吸收代谢相关基因的表达，而间接引发炎症。

 矿 物 质 

矿物质食物中矿物质种类和含量对宿主肠道菌群的组成也有一定的影响。如铁调节蛋白2（Irp2）及变异基因Hfe增加肠杆菌属、肠乳杆菌属数量。发酵过程中产生的有机酸可促进矿物质和氨基酸的结合并提高其吸收率。

 维 生 素 

维生素肠道菌群可生成的维生素有B₁，B₂、C、K、尼克酸、生物素和叶酸等。双歧杆菌属和乳酸杆菌属含有叶酸合成酶，6-羟甲基-7,8-蝶呤焦磷酸（DHPPP）和对氨基苯甲酸（PABA）是肠道菌群合成叶酸的必需物质。合成维生素B₂的肠道菌群有枯草芽孢杆菌、大肠杆菌和沙门氏菌，为机体提供GTP和5-磷酸-D-核酮糖的基础上，在多种酶的作用下生成维生素B₂。生物素的合成需要庚二酰辅酶A的参与，维生素K的生成主要是由拟杆菌属、真细菌属、丙酸菌属和蛛网菌属完成。

多 酚 类 物 质 

多酚类物质在体内生物利用度较低，多数到达大肠与菌群相互作用。

茶多酚生物活性成分儿茶素、表儿茶素没食子酸等会抑制常见有害菌的生长，并可以缓解炎症性肠病症状。

蔬菜水果多酚中花青素可以促进肠道乳酸杆菌和双歧杆菌增殖，富含原花青素的葡萄籽提取物可以降低人肠道pH值，减少硫化合物的形成，增加双歧杆菌数量。花色苷单体矢车菊素-3-葡萄糖苷肠道菌群代谢产物原儿茶酸可通过降低miRNA-10b水平，提高ABCA1/ABCG1蛋白和mRNA表达来提高巨噬泡沫细胞胆固醇外流能力防动脉粥样硬化。白藜芦醇促进双歧杆菌和乳酸杆菌、丁酸生成菌群生长。健康人每天适量饮用红葡萄酒，可增加厚壁菌、拟杆菌、双歧杆菌、普氏菌的数量。另外，芦丁和槲皮素可以降低大肠杆菌克雷伯氏菌和变形杆菌的增殖速度。而且这些酚类物质经肠道菌群代谢生成的SCFA量高于碳水化合物，部分酚类物质在肠道菌群代谢酶的作用下其抗氧化能力也有所提高，酚类及其代谢产物可通过降低肠道pH值，限制蛋白质水解细菌的数量及其代谢酶活性或减少蛋白酶相关基因表达途径减少吲哚类有害代谢产物的生成，也可通过提高肠紧密连接蛋白表达保护肠屏障完整性来减少有害代谢产物的侵入。

大豆多酚中大豆异黄酮被肠道屎肠球菌、粘膜乳杆菌、双歧杆菌降解而生成的雌马酚可用于缓解更年期症状，抑制癌细胞的转移、入侵，诱导癌细胞凋亡发挥抗癌的作用；也可通过抑制或激活不同类型一氧化氮合酶发挥抗炎症作用。

膳食成分与肠道菌群相互作用在人类健康促进过程中有重要意义。探讨膳食成分—肠道菌群—疾病预防相互作用及其机制，可为预防疾病、开发新的药物和保健食品提供新的思路。

全文发表于《营养学报》2016年38卷6期530-536页。