肠道菌群参与机体食物消化、营养代谢吸收、药物代谢、能量供应、必需维生素的生成、免疫调节、胃肠道稳态的维持等重要生理过程。肠道菌群失调与IBS、IBD、结肠癌、肥胖、糖尿病等疾病的发生均有一定相关性。膳食是胃肠道与外界最直接的联系，越来越多的研究表明，膳食会影响肠道微生物的基因及其组成，不同代谢底物的优势菌群差异明显，从而影响肠道菌群的结构和功能。

一、肠道菌群的结构与营养代谢特点

人体肠道中约有1×10¹⁴、超过1000种的细菌，其编码基因的数目是人体自身基因的150倍，不同个体之间肠道菌群的组成差异明显，受宿主基因型、年龄、性别、饮食、生活环境等因素的影响。

肠道菌群含有大量人体自身缺乏的参与碳水化合物、氨基酸、维生素等营养物质代谢的基因，其主要的物质代谢方式包括发酵（电子在有机碳之间的循环）、甲烷化（电子从有机碳向无机碳流动）和硫还原（电子从有机碳向硫酸盐流动）。肠道菌群可将宿主体内难以消化的碳水化合物分解转化为可吸收的单糖或短链脂肪酸（short-chain fatty acid，SCFA），并为结肠细胞提供主要能量来源，促进肠道上皮细胞发育，调节胰高血糖素样肽1（glycagon like peptide 1，GLP-1）产生，还与宿主之间存在肠肝循环等共代谢关系。

二、膳食与肠道菌群结构

膳食结构，又称膳食模式。Wu等研究表明，人体肠道中优势菌群与长期膳食结构中蛋白质、脂肪和糖类成分的比例有关。素食者与喜食肉者的肠道菌群结构存在明显差异，素食者的肠道菌群以产气荚膜梭菌（Clostridium perfringens）和多枝梭菌（Clostridium ramosum）为主，长期高水平食肉者的肠道优势菌群则主要是普拉梭杆菌（Feacalibacterium prausnitzii）。不同国家或地区人群的肠道菌群结构差异明显，可能与膳食结构长期不同相关。Tyakht等发现俄罗斯、美国、丹麦和中国人群的肠道菌群结构差异明显，其中俄罗斯人群肠道中拟杆菌属（Bacteroidetes）和普氏菌属（Prevotella）的数量低于其他国家；De Filippo等则发现欧洲儿童肠道内的普氏菌属较非洲农村儿童更加丰富。

1. 膳食蛋白质对肠道菌群结构的影响：膳食蛋白质对肠道菌群结构影响的研究主要集中在高蛋白质水平和不同蛋白质种类方面。高蛋白质饮食人群的肠道菌群中拟杆菌属、普氏菌属、颤螺旋菌属（Oscillospira）、梭杆菌属产气荚膜梭菌、芽孢杆菌属和萨特菌属的数量较普通饮食人群增加，而厚壁菌门（Firmicutes）数量减少。研究发现，糖化豌豆蛋白能够使人体肠道乳酸杆菌和双歧杆菌的数量增加；Mills等研究则发现，糖化牛血清白蛋白可使肠道有害细菌如拟杆菌、梭状芽孢杆菌和硫酸盐还原菌的数量增加，同时使双歧杆菌和直肠真杆菌的数量减少。蛋白质可通过细菌的发酵、甲烷化、脱羧反应和硫还原改变呼吸链中的电子受体，如甲硫氨酸、胱氨酸等含硫氨基酸在硫酸盐还原菌的硫还原作用下生成硫化氢，氨基酸和肽也可在梭状芽孢杆菌的作用下通过脱竣反应产生胺类，这些代谢终产物改变了细菌的生长微环境，使细菌获得一定的生长优势，从而改变肠道菌群结构。

2. 膳食脂肪对肠道菌群结构的影响：目前，膳食脂肪对肠道菌群结构影响的研究主要集中在高脂饮食方面。Devkota研究发现，富含高饱和脂肪酸的膳食能够促进原本较低丰度的亚硫酸盐还原菌（Sulfite-reducing bacteria）和沃氏嗜胆菌（Bilophila wadsworthia）的繁殖，提示膳食中脂肪酸的组成也可影响肠道菌群的结构。Brinkworth研究发现，相对于低脂饮食，高脂饮食人群 肠道菌群中双歧杆菌的数量减少，但该研究尚有一定缺陷，未能明确影响肠道菌群结构的决定性因素是高脂还是低碳水化合物。Ley等研究发现，肥胖人群由高脂饮食转变为低脂、低碳水化合物饮食时，随着体质量的下降，肠道菌群的结构也发生变化，拟杆菌门数量增加，厚壁菌门数量减少，且两者的数量比例逐渐接近健康人群。上述肠道菌群结构的变化可能与高脂饮食引起的肠道轻度炎性反应、氧化应激增加使胃肠道微生态失衡加剧有关。

3. 膳食糖类对肠道菌群结构的影响：低糖和高糖饮食均会影响肠道菌群的结构，抗性淀粉和膳食纤维（功能性低聚糖）能够避免被宿主酶消化而到达结直肠，从而对肠道菌群产生直接影响。在一项为期10周的饮食干预试验中，受试者肠道菌群的结构在饮食干预前后明显不同，随着食物中抗性淀粉含量的增加，布氏瘤球菌、颤杆菌属和直肠真杆菌等的数量均增加。Connolly等研究发现，高纤维饮食会增加肠道中双歧杆菌的数量，低纤维饮食则会增加普氏菌属的数量。膳食中膳食纤维所占的比例可显著影响肠道菌群的结构，摄入的大部分膳食纤维不能被消化而到达结直肠，其吸附性、保水性、离子交换作用和凝胶的形成等，以及肠道内细菌产生的消化酶将其分解时产生的少量泛酸，都对肠道菌群的数量和种类有一定的调节作用。

三、膳食与肠道菌群代谢产物

多因素共同参与了肠道菌群的代谢，其中膳食因素发挥重要作用。未消化的食物（主要包括蛋白质、碳水化合物等）是肠道菌群的主要代谢底物，其到达胃肠道后可供肠道菌群代谢，产生不同细菌代谢产物，从而对人体健康造成不同的影响。下面主要针对与人体健康相关的肠道菌群代谢产物以及三大营养物质对其产生的影响进行阐述。

1. 肠道菌群代谢产物：肠道细菌利用碳水化合物和蛋白质为底物进行厌氧发酵，其产物对人体正常的生理活动具有重要意义。van Hylckama Vlieg等对肠道菌群的主要代谢产物、相关的肠道细菌及主要代谢产物对宿主可能产生的影响进行了总结。SCFA主要由拟杆菌门和梭菌代谢产生，是胆固醇合成及肝脏糖异生的底物和肠道上皮细胞的主要能量来源，还可以保持肠黏膜的完整性，抑制肠癌和炎性反应的发 生；雌马酚由真杆菌梭菌代谢产生，具有抗氧化、抗炎、降低骨质流失和调节雌激素的作用；双歧杆菌代谢产生的维生素B9可调节细胞的生长和增殖；罗伊乳杆菌代谢产生的维生素B12可剌激神经系统发育；双歧杆菌和长双歧杆菌代谢产生的共轭亚油酸可以调节免疫系统、降低代谢综合征发生的风险；而 脆弱拟杆菌代谢产生的多聚糖A能够降低促炎因子水平、提高抗炎因子IL-10水平，减少中性粒细胞渗透，抑制上皮细胞增殖。上述肠道菌群均代谢产生对人体有益的产物，但另一方面，部分肠道菌群的代谢产物则对人体不利。产甲烷菌产生的甲烷可能会减缓肠运输速度；硫酸盐还原菌和牛磺酸降解菌产生的硫化氢能腐蚀肠黏膜，具有细胞毒性和遗传毒性，可能与儿童自闭症和结肠癌的发生、发展有关；硫酸还原菌和牛磺酸降解菌产生的次级胆酸具有致癌、致突变作用；革兰阴性杆菌的胞壁成分脂多糖可通过活化NF-κB促进炎性反应和树突状细胞成熟。

2. 蛋白质/氨基酸对肠道菌群代谢产物的影响：肠道细菌发酵蛋白质/氨基酸不仅产生有利于人体健康的代谢物，而且也产生不利于人体健康的物质。Shen等使用不同方式烹饪不同的肉类，然后用相应粪便中的细菌进行体外发酵实验，结果发现肉的种类和烹饪方式都会影响肠道菌群的结构与发酵状况。White等研究发现，肠道细菌发酵氨基酸和肽类物质的主要代谢产物是乙酸、丙酸和丁酸等SCFA，但同时也会产生酚类和吲哚类等有害物质。Neis等研究发现，肠道厌氧菌可利用甘氨酸、苏氨酸、谷氨酸、赖氨酸、鸟氨酸、天冬氨酸合成乙酸，利用苏氨酸、谷氨酸和赖氨酸合成丁酸，而丙酸则主要通过代谢苏氨酸合成，可见苏氨酸是合成SCFA最主要的前体物质；同时肠道梭状芽孢杆菌可以利 用支链氨基酸（缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸）合成支链脂肪酸。支链氨基酸和SCFA是肥胖、胰岛素抵抗、2型糖尿病等代谢性疾病潜在的重要调节因素。

3. 糖类对肠道菌群代谢产物的影响：肠道菌群发酵糖类（碳水化合物）的主要产物是SCFA。与以蛋白质和脂肪为主要膳食成分的人群相比，长期以糖类为主要膳食成分的人群的肠道微生物代谢产物中SCFA含量相对较高。De Filippo等通过对比欧洲与西非内陆国布基纳法索儿童的膳食结构、肠道菌群结构和肠道代谢产物，结果发现非洲儿童肠道中拟杆菌门数量占主导地位，欧洲儿童肠道中厚壁菌门占主导； 以膳食纤维为主食的非洲儿童肠道细菌代谢产物中SCFA的含量较以高脂肪、高蛋白质为主食的欧洲儿童高，而拟杆菌门正是产生SCFA的关键肠道菌群。此外，一些不被人体消化酶消化的糖类，如葡聚糖、半乳糖、菊粉、阿拉伯糖基木聚糖（arabinoxylan，AX）、抗性淀粉、半纤维素、果胶，以及它们的寡 聚糖，均可以被肠道细菌酵解，并可特异性地刺激对宿主健康有益的细菌如双歧杆菌的生长和代谢活动。而低可发酵寡聚糖、二糖、单糖和多元醇（fermentable oligosaccharides，disaccharides，monosaccharides and polyols，FODMAP）饮食可减少酶缺乏导致的肠腔内渗透压升高、肠黏膜机械性刺激增加、肠道菌群失调等改变，以及胃肠道运动、分泌、感觉异常，也可有效减少功能性胃肠病的肠道症状。

4. 脂肪对肠道菌群代谢产物的影响：高脂肪含量的食物富含磷脂酰胆碱和胆碱，肠道细菌能将其转化成三甲胺，氧化的三甲胺进入血液可导致动脉粥样硬化，从而引发心血管疾病。Ridaura等通过动物实验发现，高脂低膳食纤维饮食小鼠肠道菌群产SCFA的能力远低于低脂高膳食纤维饮食的小鼠。曹宏芳等研究发现，高脂饮食可导致肠道菌群的结构发生改变，益生菌（乳杆菌属、双歧杆菌）及常规共生菌（拟杆菌）丰度减少，同时梭菌属丰度增加，这可能因为高脂饮食能影响乳杆菌属与双歧杆菌的新陈代谢和生长繁殖，而乳杆菌属和双歧杆菌均可通过产生结合胆汁酸水解酶来影响胆汁酸的肠肝循环，促使肝脏利用胆固醇合成胆汁酸增加，导致更多个体血胆固醇被转化为无法吸收的类固醇。

5. 其他：一些其他食物成分，如谷蛋白（gluten）亦可影响肠道菌群的代谢，且对人体健康有重要意义。目前，去谷蛋白饮食是被全世界广泛接受的一种饮食方式，它能有效治疗乳糜泻，是常发生腹泻等消化道症状患者的一种理想饮食方式。Bonder等研究发现，去谷蛋白饮食不仅可以改变肠道菌群的结构，还能改变肠道微生物的代谢途径，受试者接受4周去谷蛋白饮食后，其肠道韦荣球菌科 （Veillonellaceae）、布氏瘤胃球菌（Ruminococcus bromii）、罗斯菌属（Roseburia faecis）的丰度减少，食物谷菌科（Victivallaceae）、红棒菌科（Coriobacteriaceae）的丰度增加。布氏瘤胃球菌在抗性淀粉的消化过程中具有重要作用，增加抗性淀粉的摄入可使其丰度明显增加，而布氏瘤胃球菌分解代谢膳食纤维的终产物则是SCFA和氢气，这也是部分IBS患者和多数乳糜泻患者进食去谷蛋白饮食获益的原因。

总之，肠道菌群数量多、功能大，不同个体之间肠道菌群的组成差异显著，受宿主基因型、膳食、生活环境等多种因素的影响，其中膳食是重要的影响因素。不同的膳食结构对肠道菌群的结构、代谢和功能产生不同的影响，并参与食物消化、营养代谢吸收、药物代谢、能量供应、必需维生素的生成、免疫调节、胃肠道稳态的维持等多种生理活动，与疾病的发生、发展密切相关。

来源：魏慧, 段丽萍. 膳食对肠道菌群结构、代谢和功能影响的研究进展[J]. 中华消化杂志, 2017(9).