功能性膳食纤维补充联合居家运动对城市久坐成年人肠道菌群多样性和低度炎症的影响 - 硒与微生态

摘要

引言：久坐行为与肠道菌群失调及低度全身性炎症相关，两者均增加心脏代谢风险。然而，功能性膳食纤维补充与居家运动的联合效果尚不明确。本研究旨在探讨联合干预能否改善城市久坐成年人的肠道菌群多样性并减轻全身炎症。

方法：本项为期24周的平行组随机对照试验中，140名久坐成年人被随机分配至干预组（功能性膳食纤维补充，每日提供15–20克抗性淀粉、菊粉和β-葡聚糖，联合居家中等强度运动，每周5次）或维持原有生活方式的对照组。采用16S rRNA基因测序评估肠道菌群多样性，通过免疫分析法测定炎症标志物（hs-CRP、IL-6、TNF-α、IL-10）。

结果：干预显著提高了肠道菌群α多样性，Shannon指数从3.82 ± 0.48升至4.31 ± 0.49（p < 0.001），而对照组变化极小。hs-CRP下降42.1%，IL-6下降35.4%，TNF-α下降28.6%，同时IL-10升高31.8%（所有p < 0.001）。丁酸水平增加50%，Shannon多样性变化与hs-CRP降低呈负相关（r = −0.52，p < 0.001）。

结论：功能性膳食纤维补充与居家运动联合干预显著改善了久坐成年人的肠道菌群多样性并减轻了低度炎症。这些结果支持将整合生活方式干预作为降低心脏代谢风险的有效策略。

1 引言

当前时代以快速城市化和技术采纳为特征，极大地改变了人类的运动习惯，久坐行为已成为现代生活方式的标志。全球办公人员和职业人士的久坐时间（通常定义为每天坐8小时或以上）以惊人速度增加。世界卫生组织已将久坐行为确定为不良结局的独立风险因素，并据此制定了有关身体活动和久坐行为的指南。流行病学研究证据表明，即使达到满意的身体活动水平要求，久坐行为仍增加心血管疾病、2型糖尿病和全因死亡等事件的风险。这些关联在调整假设的混杂变量后仍然显著，凸显了有效应对久坐人群的必要性。

久坐行为与慢性疾病病理生理学的核心是低度全身性炎症过程，即全身炎症因子水平呈中度但持续升高。这种慢性炎症状态与代谢综合征（包括中心性肥胖、胰岛素抵抗、血脂异常和高血压）的发展密切相关。肠道菌群通过多种机制在该炎症-代谢综合征轴中发挥关键作用。菌群失调以微生物多样性降低和细菌组成改变为特征，可导致肠道通透性增加（通常称为“肠漏”），促进细菌脂多糖（LPS）易位进入全身循环。这种内毒素血症激活免疫细胞上的Toll样受体4（TLR4），启动促炎级联反应，导致胰岛素抵抗、肝脂肪变性和脂肪组织炎症。此外，肠道微生物代谢物的改变（特别是短链脂肪酸（SCFA）产量减少）损害了肠上皮细胞的调节功能和免疫稳态，形成炎症与代谢功能障碍的自我循环。与急性炎症（涉及保护性机制）不同，低度炎症通过内皮功能障碍、胰岛素抵抗增强及随后的组织损伤，长期产生负面影响。高敏C反应蛋白、白细胞介素-6和肿瘤坏死因子-α已被证明是有效的炎症生物标志物，其水平升高可预测未来的心脏代谢事件。研究表明，久坐时间增加通过增加肥胖、降低肌肉代谢率和葡萄糖耐受不良来加剧炎症。进一步发现，通过饮食改变和运动进行生活方式干预可以有效降低这些炎症生物标志物，表明炎症可作为疾病预防的潜在靶点。

胃肠道微生物组作为宿主代谢和免疫功能的重要中介受到广泛关注。健康多样的胃肠道微生物组在营养代谢、病原体防护和免疫系统发育方面有益，而失调则与许多慢性疾病相关。胃肠道微生物组-炎症轴已成为生活方式因素影响宿主健康的重要通路。宿主微生物组失衡可导致胃肠道屏障功能受损，从而促进细菌脂多糖从胃肠道易位进入全身循环，引发炎症。换言之，胃肠道微生物组已成为宿主健康的重要生物标志物和靶点。

膳食纤维，尤其是可发酵型，对胃肠道微生物的组成和功能有强烈影响。本研究中使用的特定纤维混合物——2型抗性淀粉（RS2）、菊粉和β-葡聚糖——是基于其独特且互补的益生元机制而战略选择的。RS2抵抗小肠消化，完整到达结肠，作为双歧杆菌和产丁酸菌（如普拉梭菌和罗氏菌属）的选择性底物。菊粉是一种果聚糖型纤维，优先促进双歧杆菌的生长，并通过发酵增强乙酸和丙酸的产生。来自燕麦的β-葡聚糖有助于调节肠道环境黏度，并已被证明能刺激乳杆菌的生长，同时通过与肠道免疫细胞上的dectin-1受体相互作用来调节免疫反应。这种多组分方法旨在靶向结肠微生物群的不同区域，在不同细菌群体中最大化益生元功效。作为结肠中的主要发酵底物，膳食纤维有助于增加有益微生物和合成短链脂肪酸，如乙酸、丙酸和丁酸。这些化合物作为结肠细胞的燃料，改善屏障功能，并通过与G蛋白偶联受体结合影响免疫调节。系统评价已证明，增加膳食纤维摄入可提高健康成年人的微生物多样性和短链脂肪酸。新证据进一步探讨了细菌代谢物在抑制炎症中的作用，并确定丁酸具有强烈的抗炎活性，能够抑制组蛋白去乙酰化酶并降低NF-κB。

体育锻炼是肠道微生物生态系统的另一个强效调节剂。比较分析表明，运动训练者和久坐者之间的微生物组组成存在显著差异，运动训练者具有更高的多样性和有益微生物浓度。运动通过多种方式影响微环境，如增加肠道蠕动、改变胆汁酸分泌和增加胃肠道血流量。这些生态位有利于有益微生物，并通过肌肉因子分泌减少全身炎症。值得注意的是，运动强度在决定健康结果中起关键作用。中等强度运动始终与肠道菌群多样性、免疫功能和炎症标志物的有益效应相关，而过度或长时间的高强度运动则会矛盾地增加肠道通透性、诱发短暂内毒素血症并升高促炎细胞因子。这种剂量-反应关系强调了运动处方优化的重要性。本研究采用的居家运动方案专门设计为维持中等强度（Borg主观疲劳感觉量表评分12–14，相当于最大心率的50–70%）。以往研究已证明该强度范围能最大化抗炎益处，同时最小化运动引起的胃肠道应激或免疫抑制风险。

尽管已有大量证据支持膳食纤维补充和体育锻炼各自的有益作用，但对两者联合效应的理解仍存在巨大空白。大多数研究集中于单一因素，从而阻碍了对可能存在的联合效应的认识。Cronin等人报告运动加蛋白质补充对微生物组有适度改善，Allen等人表明单独运动会改变微生物组组成，但在久坐成年人中，综合益生元-运动试验仍然有限。此外，尽管久坐社区对炎症驱动的慢性疾病具有高风险，但针对这些社区的研究很少。将运动项目从实验室转化为实际设置可能面临设施要求的挑战，这可能阻碍运动的可扩展性。居家运动项目可作为合适的替代方案，然而，这些项目与饮食考虑的联合方面尚未得到充分检验。

当前研究通过开展随机对照试验，旨在克服这些问题，评估功能性膳食纤维补充剂摄入与居家运动项目在城市久坐成年人中的联合治疗效果。该治疗采用新型纤维补充剂成分，包括抗性淀粉、菊粉和β-葡聚糖，协同工作以充分发挥针对多样化细菌负荷的益生元活性。运动项目遵循渐进式方案，可在家庭环境中使用有限运动器材完成。本试验通过同时检查微生物和炎症终点，旨在揭示两者之间的功能关联。主要目标是评估联合干预是否能：（1）增加肠道菌群α多样性（Shannon指数）；（2）减轻全身炎症（hs-CRP）。次要目标包括其他炎症标志物、身体成分和生活质量。探索性目标考察了短链脂肪酸变化和中介通路。这些结果有助于为针对日益增长的人群中久坐亚组的生活方式调整提供实用建议。

2 方法

2.1 研究设计与伦理

本研究为一项为期24周、平行组随机对照试验，并在第12周进行中期评估。参与者于2023年4月至6月前瞻性招募。使用计算机生成的分层区组随机化序列按1:1比例进行随机分配。由于干预的行为性质，无法对参与者设盲；但结局评估者对分组分配保持盲态。研究方案在参与者入组前已前瞻性注册于ClinicalTrials.gov（标识号：NCT05987341）。研究获得韩国世宗大学机构审查委员会的伦理批准（IRB批准号：SJU-IRB-2023-117）。所有参与者均获得关于研究程序、风险和益处的口头及书面信息，并在基线评估前签署书面知情同意书。所有程序均按照赫尔辛基宣言进行，并遵循CONSORT指南报告。

2.2 参与者

参与者于2023年4月至6月通过公司合作、社区广告、社交媒体公告和门诊转诊招募。目标人群为职业和生活方式涉及长时间久坐的成年人。纳入标准包括年龄25–55岁，静坐时间每天至少8小时，基于加速度计或国际身体活动问卷获取的中等强度活动每周少于150分钟，BMI 18.5–30 kg/m²。排除标准包括过去3个月内使用任何抗生素疗程，诊断为炎症性肠病、肠易激综合征、自身免疫性疾病、糖尿病或严重心血管疾病，怀孕或哺乳，定期服用益生元或益生菌补充剂，或存在任何使居家运动困难的身体限制。所有受试者在基线前均签署书面知情同意书。

2.3 样本量估算

样本量计算基于主要结局变量——肠道菌群Shannon多样性指数。假设Shannon多样性指数增加0.3个单位，标准差为0.5（基于以往文献报告的数据），估计效应量Cohen's d = 0.6。要达到80%的检验效能，采用双侧检验，α = 0.05，使用G*Power计算软件版本3.1.9.7计算样本量。考虑到24周治疗期内估计20%的脱落率，每组约需70名参与者，最终样本量为140人。

2.4 干预方案

治疗组患者同时服用功能性膳食纤维补充剂并严格按照方案进行居家运动，持续24周。纤维补充剂由40%的2型抗性淀粉（RS2）、30%的菊粉和30%的燕麦β-葡聚糖组成，每日总剂量15–20克。该40%/30%/30%的比例旨在靶向互补的细菌群体，同时维持耐受性，因为更高的单一纤维剂量会增加胃肠不适。为优化胃肠道耐受性，前2周从每日10克开始，之后逐步增加总剂量。补充剂分两次等量服用，随早餐和晚餐溶解于水、牛奶或酸奶中服用。运动部分包括每周5次运动，每次30–45分钟，中等强度（RPE 12–14，相当于年龄预测最大心率的50–70%）。运动依从性通过双重验证进行监测：（1）腕戴式心率监测器记录运动时长和心率数据，同步至研究移动应用程序；（2）每日运动日志记录每次运动时长和自报RPE。客观数据与自报数据之间的相关系数为r = 0.78（p < 0.001）。每次运动包括标准方案：动态热身、有氧运动（如踏步和跳跃）、抗阻力量练习（如深蹲和俯卧撑）以及结束拉伸。对照组参与者维持原有生活方式，并收到一本涵盖睡眠和压力管理的一般健康教育手册，其中未涉及膳食纤维或结构化运动的具体建议。行为稳定性得到确认：纤维摄入量（12.8至13.2克/天，p = 0.42）和身体活动（58.6至64.2分钟/周，p = 0.31）保持不变。详细运动方案规格见补充材料S1。

2.5 结局指标与评估

主要终点包括肠道菌群多样性和全身炎症。微生物分析采用α多样性指标，包括Shannon指数、Chao1和Simpson指数，以及通过Bray-Curtis相异度和加权UniFrac距离估计的β多样性指数。进一步在门、科和属水平进行分类学分析，使用16S rRNA基因测序，靶向V3-V4区域（引物341F/806R），在Illumina NovaSeq 6000上测序（2×250 bp）。生物信息学处理使用QIIME2和DADA2，以及SILVA 138.1数据库进行分类。炎症通过评估血清高敏C反应蛋白、白细胞介素-6、肿瘤坏死因子-α和抗炎细胞因子白细胞介素-10的水平来测定。hs-CRP使用颗粒增强免疫比浊法（Roche Cobas c702）测量。IL-6、TNF-α和IL-10使用电化学发光免疫分析法（Roche Cobas e801）测量。连蛋白使用竞争性ELISA（Immundiagnostik AG）测量。次要终点包括以下身体成分参数：体脂百分比和瘦体重（均通过生物电阻抗分析测量）；其他参数如体重、体重指数、腰围和腰臀比（均通过直接人体测量法测量）；以及由加速度计数和IPAQ记录的每日累积久坐活动。终点还包括使用多维疲劳量表（MFI-20）测量的主观疲劳以及使用SF-36测量的生活质量。所有终点在基线、第12周和第24周进行测试。探索性机制终点包括粪便短链脂肪酸浓度（乙酸、丙酸和丁酸），通过气相色谱-质谱联用法（Agilent 7890B-5977B，使用DB-FFAP色谱柱）进行定量。样品酸化后用乙醚提取，BSTFA衍生化，并以真实SCFA标准品进行定量。肠道屏障功能通过酶联免疫吸附法测定的血清连蛋白浓度和免疫比浊法测定的脂多糖结合蛋白来评估。

2.6 数据收集与质量控制

粪便样本按标准程序采集，并立即在-80℃冷冻。静脉血在过夜禁食至少8小时后采集。膳食摄入通过3天的食物记录（包括一个周末日）收集。治疗依从性通过基于应用程序的运动活动评估沟通和每周归还空补充剂包装来确定。整个试验期间系统收集不良事件，使用标准定义评估严重程度。研究人员在数据收集前接受了全面培训，以确保所有数据点的标准化，并定期进行数据完整性检查。如果参与者在采血前72小时内报告急性感染、重大饮食偏差或使用抗炎药物，则重新安排采血。如果参与者在2周内经历急性胃肠疾病，则排除粪便样本。

2.7 统计分析

所有数据分析基于意向性治疗原则，按方案分析作为敏感性分析。连续数据根据分布报告为均值和标准差或中位数和四分位数范围，分类数据以频率和百分比呈现。不同时间点组间数据比较使用线性模型分析，以确定时间与组别的交互作用。这些分析模型考虑了缺失数据问题。线性混合接续上文翻译。

线性混合效应模型包括组别、时间、组别×时间交互作用的固定效应以及协变量（年龄、性别、基线BMI、纤维摄入量），受试者随机截距（lme4包）。缺失数据处理采用多重插补法（MICE, 50个数据集）。

对于微生物组数据，使用vegan包进行置换多元方差分析（PERMANOVA），设置9999次置换，比较组间β多样性差异；采用线性判别分析效应大小来发现差异丰度的细菌成员。肠道微生物组成变化与炎症指标之间的关系使用Spearman相关系数检验。进一步使用mediation包通过准贝叶斯蒙特卡洛模拟（5000次迭代）和偏差校正自举重抽样（5000个样本）来测试短链脂肪酸和细菌成员在处理与炎症终点之间关联中的潜在中介作用，估计平均因果中介效应和中介比例。所有模型相互调整协变量年龄、性别、基线体重指数和习惯性膳食纤维摄入量。所有比较均使用Benjamini和Hochberg错误发现率调整程序进行校正。统计显著性采用双侧检验，p值<0.05。统计分析使用R软件版本4.x，结合“vegan”、“phyloseq”和“lme4”包以及SPSS 26.0进行。

3 结果

3.1 参与者入组与基线特征

共有236人表示有兴趣参与本试验并进入初步筛选。筛选后，68名候选人因不符合要求而被剔除。随后，其他候选人在审查要求后拒绝参与试验（18名），以及因其他原因（如实验室结果异常和日程冲突）未能参与（10名）。最终，140名符合要求的候选人参与了试验，并均等分配到干预组和对照组（每组70名），如CONSORT流程图（图1）所示。

在24周的试验过程中，治疗组有12名成员、对照组有9名成员退出，保留率分别为82.9%和87.1%。治疗组和对照组的退出原因包括搬家、个人问题、治疗组出现胃肠道不良反应以及失访。治疗组在整个试验期间的依从性良好。在参与试验的成员中，膳食纤维补充剂的平均依从性为87.4%±8.6%，根据每日日志提交的数据或归还空包装的证据估算。在运动方面，使用应用程序提醒，成员运动的平均依从性为目标运动次数的82.8%±10.2%。总体上，治疗组中有68.9%的成员（n=40）表现出高依从性（两个治疗成分的依从性均≥80%），31.1%（n=18）表现出中等依从性（60-79%）。最终分析纳入所有进行过基线后测量的治疗组成员（58名）和对照组成员（61名）。

两组的基线人口统计学、人体测量学和临床参数见表1。人群平均年龄38.6岁，女性占54.3%。他们报告每天静坐约9.2小时，体力活动水平较低。平均BMI为24.8 kg/m²（范围：18.6–29.8 kg/m²），腰围86.4 cm。BMI分布显示，42.1%（n=59）的参与者BMI<24 kg/m²，57.9%（n=81）的参与者BMI≥24 kg/m²，组间分布具有可比性（p=0.743）。两组基线炎症参数如高敏CRP、IL-6和TNF-α以及肠道菌群α多样性均无显著差异，如表1所示。这些参数有助于确保未来发现的任何终点差异可归因于治疗而非基线差异。

3.2 主要结局：肠道菌群多样性的变化

除非另有说明，所有后续分析均使用完成24周评估的受试者数据（干预组n=58，对照组n=61）。肠道菌群组成分析结果显示，在24周期间，治疗组与对照组相比有显著改善。α多样性指标表明，接受功能性膳食纤维和居家运动联合治疗的受试者多样性呈进行性增加，详见表2。Shannon多样性指数作为治疗结局的主要指标，在治疗组中从基线时的3.82±0.48显著增加至第12周的4.08±0.52，然后到第24周的4.31±0.49，总体增加0.49个单位。相比之下，未治疗的对照组在整个试验期间Shannon指数几乎没有变化，保持相对恒定。使用线性混合模型分析的方程显示，时间与组别的交互作用对Shannon指数有显著影响（p<0.001），表明联合功能性膳食纤维和居家运动治疗比自然变化产生了重要的改变。

其他α多样性指标也观察到类似趋势。Chao1丰富度指标代表估计的细菌物种数，在治疗组中增加了42.8个单位，而对照组仅适度增加8.4个单位。同时考虑丰富度和多样性的Simpson多样性指数也在治疗组中发现显著改善。这些数据共同表明，联合治疗对肠道微生物组成的丰富度和多样性均产生了积极影响。

通过使用Bray-Curtis相异度进行的主坐标分析进行的β多样性分析显示，研究结束时组间存在不同的聚类模式，如图2所示。基线时，两组样本有显著重叠，表明存在相似的微生物谱。在第24周，干预组的样本在第一坐标轴上表现出较大变化，显示与另一组明显分离。第24周组成数据的置换多元方差分析进一步支持了两组之间微生物总组成的显著差异（p=0.001）。分类学分析显示干预组发生了显著变化：有益细菌大幅增加——双歧杆菌（+104.8%，从4.2%升至8.6%），普拉梭菌（+62.1%），阿克曼氏菌（+128.6%），和乳酸杆菌（+100.0%）（所有p<0.001）。相反，潜在致病菌减少——埃希氏菌-志贺氏菌（-50.0%）和肠杆菌科（-46.2%）（所有p<0.001）。

3.3 主要结局：炎症标志物的变化

全身炎症标志物在24周试验期间，治疗组与对照组相比显示出显著改善，如表3所示。主要炎症标志物高敏C反应蛋白在联合功能性膳食纤维和居家运动的治疗组中显著降低，从基线时的2.14±1.23 mg/L降至第24周的1.24±0.82 mg/L，较基线降低了42.1%。根据心血管风险类别（低风险：<1.0 mg/L；中风险：1.0-3.0 mg/L；高风险：>3.0 mg/L），干预组处于低风险类别的比例从28.6%增加到62.1%，而对照组变化很小（29.5%到32.8%）。然而，对照组的hs-CRP在试验期间保持恒定，变化较小。线性混合模型分析显示，治疗组和对照组的hs-CRP与时间因素之间存在显著的交互作用（p<0.001），验证了治疗能够显著降低重要炎症标志物hs-CRP。

在其他促炎细胞因子中也一致观察到改善模式。白细胞介素-6水平在干预组中降低了35.4%，而对照组仅降低2.4%（p<0.001）。肿瘤坏死因子-α类似，干预组下降28.6%，对照组则上升1.6%（p<0.001）。这些促炎生物标志物的降低伴随着抗炎细胞因子白细胞介素-10水平的升高，干预组升高了31.8%，而对照组无明显变化（p<0.001）。

从基线开始的各项炎症因子变化如图3所示。对于所有四种细胞因子，变化随时间逐渐发展，从第12周到第24周变得更大。所有因子的组间差异在两个时间点均显著。总之，这些数据表明联合治疗能有效减轻城市久坐成年人的低度炎症，并且这些变化可通过多种炎症通路进行测量。

3.4 次要结局

联合治疗在若干次要终点中产生了积极变化，如表4所示。身体成分参数显示，治疗组在24周期间发生了显著变化。体脂百分比从基线时的28.4%±5.6%降至第24周的25.8%±5.2%，降低2.6个百分点；对照组几乎没有变化。同时，由于居家抗阻运动成分的同化效应，治疗组的瘦体重增加。腰围作为腹部肥胖的重要指标，治疗组减少了4.2厘米，而对照组减少了0.4厘米；时间与治疗的交互作用高度显著（p<0.001）。

久坐行为模式在干预后显示出显著变化。使用加速度计和有效的久坐行为测量方法定量评估了久坐行为的减少，干预组从基线时每天9.1±1.4小时降至第24周的7.8±1.3小时，相当于每天减少约78分钟。久坐行为的减少进一步伴随着中高强度体力活动的增加，干预组从每周62.4±38.5分钟增加至每周168.2±45.6分钟。

主观健康感量表的评分也显示出显著变化。在多维疲劳量表中，干预组的总分从58.4±12.6降至45.2±10.8，积极改善。这些变化反映了身体、精神和动机方面的疲劳减轻。通过SF-36健康调查获得的健康相关生活质量评分显示，干预组的身体成分总分（48.2±8.4至54.6±7.8）和精神成分总分（46.8±9.2至52.4±8.6）均显著增加。两组在整个试验期间的胃肠道症状评分保持不变，支持补充方案具有良好的耐受性，未出现与消化舒适度相关的不良反应。这些结果清楚地表明，联合治疗方案为接受者带来了全面的健康益处，超越了既定的结局变量——肠道微生物种群多样性增加和炎症减轻。干预还改善了代谢参数。干预组的空腹血糖下降6.1%，而对照组下降0.8%（组间×时间交互作用p=0.008）。HOMA-IR下降22.5%，对照组下降2.6%（p<0.001）。总胆固醇下降8.2%，对照组下降1.4%（p=0.004），甘油三酯下降15.5%，对照组下降3.2%（p=0.001）。

3.5 机制探索：微生物-炎症关联分析

为了解释多样性和炎症积极变化相关的可能机制，本试验进行了全面的相关性和中介分析。粪便短链脂肪酸水平在治疗组中显示出显著增加，如表5所示。乙酸、丙酸和丁酸水平在24周后在治疗组中显著升高，其中丁酸增长最大，从基线时的12.4±4.8 μmol/g增至第24周的18.6±5.2 μmol/g，增幅达50%。相比之下，治疗组总短链脂肪酸水平增长38.2%，而对照组仅增长4.8%。肠道屏障功能显著改善，表现为血清连蛋白下降以及治疗组脂多糖结合蛋白水平降低。

相关性分析表明，微生物群参数的变化与炎症标志物的降低之间存在显著关系，如图4所示。Shannon多样性指数变化与高敏C反应蛋白的变化呈强负相关（r=−0.52，p<0.001），提示多样性增加越大，全身炎症下降越多。然而，该相关不能建立因果关系；观察到的关系可能反映直接效应、反向因果关系或共享的上游因素。Shannon多样性指数变化与白细胞介素-6和肿瘤坏死因子-α的变化之间也出现了类似的负相关模式。双歧杆菌和普拉梭菌属的增加与炎症标志物变化呈强负相关。

中介分析进一步支持了短链脂肪酸的中介作用。丁酸显著中介了干预与hs-CRP降低之间的关系，解释了总效应的约34.2%。Shannon多样性指数的间接通路解释了干预对炎症标志物降低总效应的额外28.6%。综合这些证据，支持以下假设：联合膳食纤维和运动干预至少部分通过调整肠道微生物组成和增加短链脂肪酸发挥作用。

3.6 亚组分析

进一步进行了预先指定的亚组分析，以探索主要结局的治疗效果是否因参与者特征而异，如图5所示。图5森林图中的每个亚组展示了基于亚组特征的Shannon多样性指数变化和hs-CRP水平降低的治疗效果。

干预的益处在所有亚组中保持一致，所有点估计均显示干预组受益。基于年龄的亚组分析显示，在40岁及以上患者中，Shannon多样性指数（0.52 vs 0.41）和hs-CRP（-0.98 vs -0.82）的干预组比常规护理组数值上更大；然而，这些交互作用未达到显著性（分别为p=0.186和p=0.224）。基于性别的亚组分析发现对两个终点的效应修饰均不显著。

基线代谢状况似乎影响了对干预的反应程度。基线BMI较高（≥25 kg/m²）的患者hs-CRP降低幅度大于BMI正常者（-1.02 vs -0.78 mg/L，交互作用p=0.042），表明由于肥胖而炎症增加的患者可能从联合治疗中获得更大的益处。相应地，基线hs-CRP水平较高（≥2.0 mg/L）的患者炎症标志物降低幅度大于基线hs-CRP水平较低者，提示在炎症较高的患者中观察到明显的回归均值效应，具有更大的降低潜力。

干预依从性被发现是两种结局的重要修饰因子。事实上，表现出高依从性（膳食纤维摄入和运动表现均>80%）的受试者在Shannon多样性指数和hs-CRP上的降低幅度远大于报告中等依从性（60-79%）的受试者，两种结局的交互作用项在模型中均显著（交互作用p<0.01）。这些数据强调了长期积极参与在实现最大干预获益中的作用，并表明依从性与结局之间存在关系。

4 讨论

在本随机对照试验中，发现涉及功能性膳食纤维补充和居家运动的联合治疗方法显著改变了久坐成年人的肠道菌群多样性并减轻了全身炎症。当前证据为现有知识体系增加了内容，证明了饮食和运动成分在调节高静坐时间个体（因心脏代谢风险增加）肠道与炎症关联方面的联合效应。虽然研究设计不允许将效应明确归因于单个干预组分，但与以往单一干预研究进行比较提供了初步见解。仅膳食纤维干预的荟萃分析通常报告在12–24周内Shannon多样性增加0.15–0.25个单位，而仅运动干预在久坐成年人中显示更为适度的多样性变化（0.08–0.18个单位）。当前联合干预观察到的0.49个单位增加超过这些单一估计值，提示可能存在叠加或大于叠加的效应。类似地，仅纤维干预的hs-CRP降低通常为15–25%，仅运动干预报告10–20%的降低。我们研究中观察到的42.1%降低显著超过这些单个估计值。

胃肠道微生物组α多样性增加（通过Shannon指数评估）的发现，与调查膳食纤维和运动独立作用的其他研究一致。在前瞻性分析中，单纯运动在久坐受试者中显示出微小但可能有益的胃肠道微生物组变化，尽管远小于当前分析中的变化。在相关研究中，发现瘦人和肥胖志愿者对运动方案的反应不同，微生物多样性的变化伴随着身体成分的改变。当前研究确认了这些发现，表明同时加入运动方案和益生元纤维补充剂会产生联合效应，导致比仅运动或仅补充剂相关的任何分析估计更大的微生物多样性变化。

这些联合效应很可能源于肠道微生物组的互补机制。膳食纤维为有益细菌提供发酵底物，并通过代谢物感应受体（如GPR43和GPR109A）促进肠道稳态。干预组记录的短链脂肪酸水平的强劲上升支持了这些假设，因为短链脂肪酸是纤维相关健康益处的关键中介。本分析中发现增加最显著的丁酸，通过激活G蛋白偶联受体GPR43和GPR109A发挥抗炎活性，导致NF-κB抑制和促炎细胞因子抑制。因此，与纤维和运动诱导的发酵活性变化一致的全身炎症水平降低的潜在机制很可能涉及这些受体机制。

本试验中观察到的抗炎反应与新兴证据一致，这些证据表明生活方式干预在调节慢性低度炎症中的作用。运动诱导的炎症抑制已显示通过多种机制发生，包括收缩骨骼肌分泌抗炎性肌肉因子以及脂肪组织代谢的改变。这些运动诱导的反应在配合促进最佳肠道微生物活性的饮食调整时似乎得到增强。尽管评估通过体育活动改变肠道微生物组的系统评价报告了不一致的结果，但这些很可能是由于运动方案和人群特征的差异。看来，当前研究中实施的有组织的运动干预，加上通过功能性纤维补充剂提供的益生元活性，有助于介导观察到的增强抗炎活性。

本试验中高敏C反应蛋白和其他炎症细胞因子的变化对预防心脏代谢疾病具有重要的临床意义。事实上，最近针对久坐个体的运动训练方案的荟萃分析确定了葡萄糖代谢和炎症的改善，尽管干预效应量总体较小。我们在本试验中获得的炎症水平降低程度远远超过以往许多针对炎症的生活方式干预中观察到的程度，尽管这可能代表了同时针对饮食和体育活动行为域的联合益处。确实，有重要证据表明，多组分干预可以比单干预组分更有意义地靶向炎症。

就干预方案的实际应用而言，与公共卫生转化相关的方面值得讨论。居家运动项目已经证明在提供与中心运动项目一致益处方面具有功效，同时具有可及性和长期依从性方面的优势。本试验中同样高的保留率和良好的依从性表明，总治疗计划有潜力惠及可能面临到传统健身房运动项目挑战的久坐个体。治疗方案中的纤维补充部分（包括抗性淀粉、菊粉和β-葡聚糖组合）旨在通过剂量递增考虑最大化益生元益处，而不会出现不良胃肠道症状。以往研究已显示，个体对益生元补充剂的反应存在显著差异，这取决于个人膳食纤维摄入量和胃肠道微生物组基线组成，可能解释了个别试验结果的差异。

相关性和中介检验提供了初步数据，支持肠道微生物群在介导治疗的抗炎反应中的机制作用。Shannon多样性指数变化与炎症指标变化呈负相关的观察结果表明，微生物组成的正常化有助于抗炎反应。丁酸在治疗中解释了约三分之一的高敏C反应蛋白变化，其抗炎作用长期以来得到科学证据支持。当前观察结果与认为微生物群可被视为预防炎症相关慢性疾病靶点的范式非常吻合。然而，由于当前观察结果具有横断面分析的性质，缺乏推断因果关系的能。

亚组分析显示，这些干预效果受到基线代谢状态和依从性水平的调节。在两种情况下，基线BMI和炎症较高的患者获得了更大的代谢变化益处，这与基线特征较差的患者具有更大获益潜力的假设一致。依从性水平被证明是这些围手术期代谢干预中的效应修饰因子，这强调了积极行为参与在实现个人健康最佳结果中的重要性。本研究对现有文献做出了几项新贡献。首先，它专门针对城市久坐成年人——这一群体既具有高心脏代谢风险，又具有现代城市生活方式塑造的独特微生物群特征。其次，结合RS2、菊粉和β-葡聚糖的特定多纤维配方代表了一种机制接续上文翻译。

...并非单一纤维研究可比。第三，居家运动方案具有高保留率（82.9%）和依从性（82.8%），证明了在可能面临健身房运动方案障碍的人群中实际应用的可行性。第四，全面的机制探索——整合短链脂肪酸定量分析、肠道屏障标志物和中介分析——提供了比生活方式干预试验通常提供的更深入的对干预生物学途径的理解。

本研究存在若干局限性需要承认。首先，缺乏析因设计导致无法将效应归因于单个干预组分；我们无法确定观察到的效应是真正协同、单纯相加，还是主要由某一组分驱动。未来的研究需要采用包括仅纤维组和仅运动组在内的2×2析因设计，以厘清这些贡献。第二，试验的开放标签性质引入了潜在的表现和检测偏倚，尽管使用客观生物学结局（微生物组测序、血液生物标志物、粪便短链脂肪酸）在一定程度上减轻了这些担忧。第三，尽管我们采用了加速度计佩戴设备的双重验证方法，但依从性监测仍部分依赖于自我报告。第四，来自韩国单一城市背景的同质性人群限制了研究结果向其他具有不同种族背景、饮食习惯或基线微生物群组成的人群的推广性。第五，24周的持续时间未能解决干预停止后益处的长期可持续性问题。第六，虽然中介分析支持短链脂肪酸在介导抗炎效应中的作用，但该统计方法无法建立真正的因果关系。

未来研究有必要采用多种策略来解决这些问题。利用析因试验设计，可以区分纤维和运动的独立效应和联合（交互）效应，以检测任何交互作用。主动治疗期后的更长随访时间将有助于揭示在肠道微生物组组成和炎症方面发现的积极变化是否长期持续。分析个体对治疗反应的差异（使用基线微生物组分析来定义治疗成功的预测因素）将为个性化治疗策略提供有趣的未来视角。在其他高风险人群亚组（如老年人或代谢综合征受试者）中，针对肠道-炎症关联的运动-地中海饮食干预将提供重要的新证据。

5 结论

针对我们的主要研究问题，这项24周随机对照试验证明，与常规生活方式对照组相比，功能性膳食纤维补充联合居家运动干预显著增加了久坐城市成年人的肠道菌群多样性（Shannon指数：+0.49个单位，+12.8%，p<0.001）并减轻了全身炎症（hs-CRP：-42.1%，p<0.001）。当前随机对照试验提供了支持性证据，证明为期24周的功能性膳食纤维补充与居家运动联合方案在减轻城市环境中久坐男性和女性的全身低度炎症以及恢复功能失调的胃肠道微生物组多样性方面有效。确实，治疗组Shannon多样性指数从干预前的3.82显著增加至干预后的4.31，同时炎症标志物如高敏CRP（下降42.1%）、白细胞介素-6（下降35.4%）和肿瘤坏死因子-α（下降28.6%）也显著降低。这些积极变化进一步与粪便丁酸增加（50%增幅）和通透性指标显著下降相关。这些数据表明，以胃肠道微生物组为靶点的饮食和运动联合调整，为降低久坐男性和女性的心脏代谢风险提供了一种重要且实用的方法。

声明

数据可用性声明

原始16S rRNA基因测序数据已存入NCBI序列读取档案（SRA），登录号为PRJNA1429892。所有处理后的数据集、分析脚本、短链脂肪酸测量数据、炎症生物标志物数据、人体测量数据集和问卷结果均包含在Zenodo存储库中：

伦理声明

已获得个体关于发表本文中可能包含的任何可识别图像或数据的书面知情同意书。

作者贡献

WW：方法论、资金获取、正式分析、写作——审阅与编辑、可视化、写作——原稿、概念化。YT：项目管理、方法论、调查、写作——审阅与编辑、写作——原稿。MZ：验证、资源、项目管理、方法论、调查、写作——原稿、写作——审阅与编辑、概念化。

资金

作者声明此项工作及其发表未获得经济支持。

致谢

作者衷心感谢所有自愿参与这项24周干预研究的久坐成年人。同时感谢协助样本处理、测序程序和生化检测的实验室技术人员。未获得任何外部协助或赞助。

利益冲突