Science重磅综述：肠道菌群链起饮食和健康

摘要

饮食影响人类健康的多个方面，并与肥胖、2型糖尿病和心血管疾病等慢性代谢疾病有着千丝万缕的联系。膳食营养素不仅对人体健康至关重要，而且对居住在人体肠道内的数万亿微生物的健康和生存也至关重要。饮食是人类与其微生物居民之间关系的关键组成部分;肠道微生物利用摄入的营养物质进行基本的生物过程，这些过程的代谢输出可能对人体生理产生重要影响。对人类和动物模型的研究正开始揭示这种关系的基础，越来越多的证据表明，这可能是饮食对人类健康和疾病的一些更广泛影响的基础。

菌群可用碳水化合物(MAC)发酵菌产生与宿主组织有多重相互作用的短链脂肪酸(SCFAs)

SCFA通过中枢神经系统和G蛋白偶联受体(GPCR)发出信号，调节能量稳态，脂质和碳水化合物代谢，以及抑制炎症信号等生理过程。丁酸盐被肠上皮细胞摄取并用作这些细胞的主要能量来源。丁酸盐(以及较小程度的丙酸盐)可以阻断组蛋白脱乙酰酶(HDAC)以调节基因表达。所有SCFA均可以不同的亲和力与肠和其他细胞中的G蛋白受体结合，以调节能量代谢，肠内稳态和免疫应答。乙酸盐和丙酸盐主要在肝脏中代谢，其中丙酸盐用作糖异生的底物，乙酸盐用作能量来源和脂肪酸合成。

肠道细菌在胆汁酸修饰中起到重要作用

进入到小肠的初级胆汁酸被来自于胆汁修饰细菌的酶解离和去羟基化。这些变化对经肝肠循环从而可再吸收和再循环的总胆汁酸产生影响。

此外，胆汁酸可通过结合细胞表面或细胞核受体、影响能量消耗与脂质代谢等宿主因素，扮演调控分子的角色。

氨基酸和肠道菌群之间的相互作用

微生物代谢肉碱后生成三甲胺(TMA),后者接着在肝脏里通过一个由黄素单氧化酶(FMO)催化的化学反应转为氧化三甲胺(TMAO)。体循环的TMAO浓度升高会导致代谢性疾病。

肠道微生物将色氨酸代谢成不同的物质，包括吲哚丙酸(IPA)和吲哚-3-乙酸(I3A),二者均可进入到体循环。IPA、I3A以及其他微生物衍生的氨基酸产物对代谢的影响刚刚开始浮现。

①MAC（菌群可用碳水化合物）、脂肪、蛋白、微量营养素和食品添加剂深入影响肠道菌群和人体健康；

②生酮、古式、素食、地中海、限定碳水化合物饮食及发酵食品或对特定人群有益，但亟需结合菌群进行深入研究；

③饮食干预商业化在加速，但大量基础性问题未解决，且大部分理论基础源自动物模型；

④菌群可塑性很强，但这是双刃剑，不恰当干预方法或适得其反；

⑤未来需明确对饮食快速响应的关键微生物，并结合多组学、新算法等建立个体化干预方案。

来源：The gut microbiota at the intersection of diet and human health
11-16, doi: 10.1126/science.aau5812