产甲烷古菌正日益被视为肠道生态系统中的功能性参与者，而不仅仅是气体生产者。一项严格控制的人类喂养研究表明，产甲烷菌水平甚至可能识别出结肠微生物群特别擅长从高纤维饮食中提取能量的患者。
这些发现不仅对深入理解肠道微生物组具有意义，还对理解产甲烷菌在热量吸收中的潜在作用至关重要，同时有助于解释为何高纤维饮食并不总能导致体重减轻。
亚利桑那州立大学坦佩分校通过微生物组促进健康的生物设计中心主任兼教授罗莎·克雷马尔尼克-布朗博士（Rosa Krajmalnik-Brown, PhD）向Medscape医学新闻表示，在消化过程中，某些肠道微生物将纤维发酵为人体用于能量的短链脂肪酸（SCFAs），并在此过程中产生氢气。氢气过多会暂停微生物活动，从而干扰人体对纤维的消化。
产甲烷菌在此发挥关键作用。这些微生物消耗氢气并产生甲烷作为副产品。由于人体自身无法产生甲烷——只有微生物可以——甲烷可作为生物标志物，指示SCFAs的高效微生物生产，并为代谢和能量吸收提供线索。
严谨的研究方法
克雷马尔尼克-布朗指出，发表在《ISME杂志》在线版的本研究，是对2023年同一研究团队开展的量化微生物对能量提取贡献研究的二次分析。
该初始研究在佛罗里达州奥兰多的AdventHealth转化研究所进行，采用交叉饮食设计，包含两种等热量饮食：西方饮食（WD）和微生物组增强饮食（MBD）。后者比WD包含更多全食物、纤维和抗性淀粉，且加工食品更少。
17名参与者（平均年龄30.8岁；47.1%为女性）被随机分配，在22天内（11天门诊、11天住院）食用WD或MBD，随后交叉切换至另一种饮食，同样持续22天。
参与者每餐服用低剂量不可吸收、不可消化的聚乙二醇（PEG）。通过粪便样本中的PEG浓度和化学需氧量，研究人员计算了平均每日粪便能量损失。
在住院期间，研究者采用全室间接测热法——一种让参与者在密闭房间内生活6天以测量其身体代谢和持续甲烷排放的方法。
克雷马尔尼克-布朗解释道：“全室方法能连续捕获人体通过呼吸和排气释放的甲烷。我们精确掌握每位参与者的摄入食物，并量化其能量和能量提取效率。”
研究发现，与WD相比，食用MBD增加了微生物数量。此外，MBD为微生物提供了更多能量，而更大的微生物数量促进了丁酸盐等SCFAs的更多生产——“这对肠道有益”，她补充道。
通过微生物组促进健康的生物设计中心研究生助理、论文第一作者布雷克·德克斯博士（Blake Dirks, PhD）表示，当前研究聚焦于产甲烷微生物，探究其在氢气消耗、SCFA生产及宿主能量吸收中的作用。
“有些人产生大量甲烷，有些人则几乎不产生，中间状态很少，这很有趣，因为微生物通常在人群中呈现更均匀的分布”，他指出。
甲烷水平揭示代谢机制
当前分析发现，约半数参与者为高甲烷生产者。这些患者血液中短链脂肪酸丙酸盐水平升高，但粪便中无此现象，表明其SCFA吸收速率快于低甲烷生产者。
微生物组网络分析显示，高甲烷生产者拥有更丰富的细菌，这些细菌将纤维分解成较小多糖，供其他细菌消耗或发酵产生SCFAs。
德克斯解释道：“我们认为可能存在一个营养链：纤维降解细菌将其分解，发酵随后产生二氧化碳和氢气，而产甲烷菌消耗氢气，进而促进更多发酵和纤维降解。”
研究人员发现，几乎所有患者在MBD饮食下吸收的热量少于WD饮食。但德克斯指出，高甲烷生产者从MBD食物中提取的可代谢能量显著高于低甲烷生产者。
这一发现表明，甲烷水平可揭示人体将纤维代谢为能量的效率，并解释为何不同人从相同食物中获取不同热量。
德克斯表示，研究参与者“相对健康”，尚不清楚MBD对肥胖、糖尿病或其他疾病人群的影响。
精准营养的前景
高纤维食物如豆类通常被视为健康饮食组成部分。例如，广泛推荐的地中海饮食比典型WD包含更多豆类和其他高纤维食物。然而，常见抱怨是高纤维食物会增加腹胀和胀气。
克雷马尔尼克-布朗表示，产甲烷作用“确实可能导致腹胀且令人不适，但——至少基于我们在健康人群中的数据——这不是我建议避免的过程”。
此外，关于食用豆类导致过度胀气的担忧可能“被夸大”——一项比较豆类、黑眼豆和罐装胡萝卜（对照）摄入的研究证实了这一点。
德克斯表示，团队研究需在更大人群开展。他希望这能扩展发现并将其置于背景中——特别是产甲烷菌与人体大肠其他微生物的相互作用——最终找到改善胃肠道和代谢健康的干预措施。
美国肥胖学会发言人、2023年研究的首席作者兼本论文合著者凯伦·科尔宾医学博士（Karen Corbin, MD）表示，该目标是设计个性化干预以优化肠道微生物组构成。
她指出，在这种“精准营养”方法中，微生物群可被“重塑”以优化人体能量平衡，从而预防体重增加甚至促进减重及维持。“这是优化人类健康的巨大可能性领域”，她补充道。
产甲烷菌的复杂性
洛杉矶希德斯-西奈医疗中心内分泌、糖尿病和代谢科糖尿病项目主任鲁奇·马图尔医学博士（Ruchi Mathur, MD）表示，肠道微生物“在从食物中获取营养并使其可供宿主利用方面发挥重要作用。它们能分解人体无法分解的复杂淀粉和纤维，转化为SCFAs等可用作能量来源的化合物。”
她指出，其参与的研究显示，营养吸收发生的小肠微生物“在体重增加和肥胖发展中似乎扮演更重要角色。我们最近证明，正常体重、超重和肥胖人群的小肠细菌谱或模式呈渐进式变化。”
马图尔表示，甲烷的作用很复杂。她的研究还表明，高甲烷生产者在摄入高碳水负荷时可能出现葡萄糖耐受异常，并对高血糖更易感。
“产甲烷菌偏爱高脂食物，其种群在高脂饮食个体中急剧增加”，同时也是加州大学洛杉矶分校医学教授的马图尔补充道，“这导致更多热量可用性和吸收，进而引发进一步体重增加、胰岛素抵抗及最终糖尿病。我们已证明，若降低前糖尿病和肥胖个体的产甲烷菌水平，可改善总胆固醇和胰岛素水平，使其更接近正常值。”
尽管马图尔的研究证实肥胖受试者甲烷水平升高，“但这些患者的治疗作用仍有待定义”，她指出。
马图尔强调，甲烷在胃肠道症状学中发挥作用。它是肠道气体递质，与便秘表型相关——尤其在便秘型肠易激综合征患者中。在患者家中进行的乳果糖或葡萄糖底物呼气测试可邮寄结果，为制定包含饮食干预和药物的治疗计划提供“诊断基础，后者可能包括针对导致症状的潜在微生物变化的疗法”。
本研究由美国国立卫生研究院下属国家糖尿病与消化及肾脏疾病研究所资助。克雷马尔尼克-布朗、德克斯和科尔宾报告无相关财务关系。马图尔是呼吸检测公司Gemelli的创始人，该公司检测呼出气中的甲烷、氢气和硫化氢。
巴蒂娅·斯威夫特·亚斯格尔（Batya Swift Yasgur, MA, LSW）是新泽西州蒂内克的一名自由撰稿人兼咨询师。她定期为Medscape和WebMD等众多医学出版物撰稿，并著有多本面向消费者的健康书籍，包括《布卡背后：我们在阿富汗的生活及如何逃向自由》（两名勇敢阿富汗姐妹向她讲述其故事的回忆录）。
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