摘要
背景
了解饮食如何影响炎症需要确定负责抗炎效果的具体饮食成分。本研究考察了为期六周的单一来源益生元纤维（菊粉）、omega-3或合生元（发酵开菲尔+益生元纤维混合物）补充对广泛炎症标志物的影响。
方法
使用Olink 96炎症面板对血清炎症蛋白进行了6周干预的分析。参与者接受以下一种干预：合生元组（n=20；170毫升开菲尔+10克益生元）、omega-3组（n=33；500毫克/天）、菊粉纤维组（n=31；20克/天）或无补充组（n=20对照组）。使用参数方法和效应大小（Cohen's d）分析基线变化和组间差异。FDR调整后的p<0.05被视为显著。
结果
所有三种饮食干预均显著降低了与对照组相比的炎症标志物。TNF-α在omega-3（d=-0.618，95% CI -0.73至-0.09，p=0.01）和菊粉纤维（d=-1.012，95% CI -0.71至-0.20，p=0.001）干预后降低。合生元组显示出更广泛和更大的降低，包括IL-6（d=-0.882，95% CI -1.36至-0.17，p=0.01）、IFN-γ（d=-0.940，95% CI -2.03至-0.31，p=0.009）、SIRT2（d=-1.505，95% CI -1.30至-0.51，p<0.0001）、4EBP1（d=-1.384，95% CI -1.43至-0.32，p=0.0004）、CCL23（d=-1.356，95% CI -1.40至-0.48，p=0.0002）以及黏膜细胞因子CCL25（d=-1.137，95% CI -0.90至-0.23，p=0.001）和CCL28（d=-1.006，95% CI -0.80至-0.16，p=0.003）。合生元干预后血清丁酸盐的增加与IL-6的降低相关。
结论
所有干预措施都减少了系统性炎症，但合生元产生了更广泛和更强的效果，靶向与免疫和代谢功能相关的蛋白质。虽然本研究未包括肠道微生物组分析，但计划在未来工作中进行，以阐明合生元如何影响宿主-微生物组相互作用和炎症调节。
试验注册
Clinicaltrials.gov NCT06480812。2024年6月28日注册，回顾性注册。
引言
益生元、omega-3脂肪酸和合生元等营养成分有可能调节免疫系统并减少慢性炎症。了解饮食如何调节炎症涉及分解饮食成分，以确定哪些特定元素有助于任何抗炎效果。例如，益生元是不被消化的纤维，可选择性地刺激有益肠道细菌的生长和/或活性，从而影响免疫功能和炎症，而omega-3脂肪酸，特别是EPA（二十碳五烯酸）和DHA（二十二碳六烯酸），以其抗炎特性而闻名。
合生元指活微生物和底物的组合，这些底物被宿主肠道微生物群选择性利用以提供健康益处。益生元成分专门设计用于支持益生菌生物体，促进其在胃肠道中的存活和附着。这一概念的基础原则是益生菌和益生元的同时利用促进协同相互作用，最大限度地提高对宿主的健康益处，超过任何一方独立所能达到的效果。
发酵食品如开菲尔自然含有来自发酵过程的活性益生菌，提供多种健康益处。具体而言，开菲尔的微生物群落由主要是乳酸菌（LAB）的多样而复杂的混合物组成，同时还有醋酸菌和各种酵母，它们共同产生必需代谢物，包括肽、胞外多糖、氨基酸、维生素和短链脂肪酸。这些化合物不仅有助于开菲尔独特的风味和香气，还支撑其多种健康益处。
定期消费上述产品已被证明具有抗炎效果，在发酵食品的情况下，还能调节免疫反应。通过评估C反应蛋白（CRP）、白细胞介素-6（IL-6）和肿瘤坏死因子-α（TNF-α）等生物标志物以及临床结果，研究人员可以衡量这些补充剂在减少炎症方面的有效性，这可能为患有炎症性疾病的人改善健康结果和生活质量。
本研究旨在通过评估它们对炎症生物标志物和相关健康结果的影响，比较三种不同饮食干预的抗炎效果：一种分离的益生元纤维（菊粉）、抗炎omega-3和一种合生元（发酵饮料和益生元纤维混合物的组合）。
方法
研究人群和干预措施
我们分析了来自3种不同饮食干预的参与者数据以及一个对照组（图1）。这包括：(i)来自omega-3和菊粉纤维干预研究的64名参与者，他们从TwinsUK注册中心招募，如前所述；(ii)来自一项随机对照试验的40名参与者，该试验旨在探索合生元补充对系统性炎症和代谢健康的影响（图2）。
Omega-3和纤维干预研究：参与者被随机分配到omega-3组（500毫克omega-3补充剂（165毫克EPA + 110毫克DHA）或菊粉纤维组（20克菊粉纤维），每天一次，持续6周，并在治疗组间等量分配（分配比例1:1），每组至少n>32。参与者资格包括年龄>18岁，体重指数（BMI）在20至39.9 kg/m2之间，且习惯性纤维摄入量低（<15克/天）。
合生元随机对照干预：本研究在诺丁汉大学进行，参与者通过诺丁汉邮局和社交媒体平台招募。总共40名参与者被随机分配到合生元组或对照组（图2）。合生元组每天饮用170毫升开菲尔和10克益生元混合物（由Chuckling Goat Ltd提供），持续6周。对照组在6周内不接受任何干预，但在试验结束时会获得合生元。山羊奶开菲尔含有27种天然存在的活性细菌培养物，益生元混合物包含18种不同类型的益生元，包括来自亚麻籽壳的阿拉伯木聚糖和纤维素/半纤维素、来自舞茸蘑菇的β-葡聚糖、几丁质和甘露聚糖、来自藜麦的阿拉伯聚糖等。
伦理
Omega-3和菊粉纤维试验获得西米德兰兹黑乡研究伦理委员会（18/WM/0066）批准，并在clinicaltrials.gov数据库下注册（NCT03442348）；合生元对照干预试验获得诺丁汉大学医学院与健康科学研究伦理委员会批准（FMHS 314-0623），并在clinicaltrials.gov数据库下注册（NCT06480812）。
样本收集
在omega-3和菊粉纤维试验以及合生元对照干预研究中，在基线和随访访问时收集血液、粪便样本和人体测量数据。禁食血液样本按照标准程序从参与者处采集。
样本分析
炎症标志物
使用Olink Target 96面板对所有干预组的禁食血清样本中的炎症标志物进行了分析，这是一种使用PEA技术的多重免疫测定面板。
心脏代谢标志物
使用西门子Adviva 1800高密度ELISA试剂盒测量脂质标志物（胆固醇、HDL、LDL、非胆固醇HDL、甘油三酯）、HsCRP、胰岛素和葡萄糖。胰岛素抵抗的稳态模型评估（HOMA-IR）指数通过以下公式从空腹胰岛素和葡萄糖浓度计算：HOMA-IR = 胰岛素（mIU/L）× 葡萄糖（mmol/L）/ 22.5。
短链脂肪酸
在爱丁堡大学爱丁堡质谱核心设施对合生元研究的血清样本进行靶向短链脂肪酸（SCFA）分析，使用液相色谱联用高分辨率质谱（LC-HRMS）。测量的SCFAs包括乙酸、丙酸、丁酸、异丁酸、戊酸和异戊酸。
统计分析
营养干预与炎症蛋白变化之间的关联
计算每个饮食干预和对照组从基线到随访的血清炎症蛋白水平变化。使用火山图可视化这些变化，x轴为log2倍数变化（LFC），y轴为相应统计显著性（-log10 p值）。
使用配对t检验比较基线到随访的变化。使用非配对t检验测量干预组与对照组之间的显著差异。为实现正态性，大多数生物标志物进行了log10转换。对于分布不正常的测量值，进行非参数方法，特别是Wilcoxon配对符号秩检验。使用单向ANOVA评估干预组与对照组之间连续人口统计学变量的差异，而卡方检验用于分析分类人口统计学变量。对于炎症标志物，使用逻辑回归（二项对数）对从基线降低的概率进行建模，干预组作为暴露因素，年龄作为协变量。为比较膳食补充与对照，我们计算了每个个体从基线到随访的任何给定测量值的变化（Δ）。当比较膳食干预与对照组时，使用Cohen's delta（d）及其相应的95%置信区间量化效应大小。进行Spearman相关分析以确定短链脂肪酸变化与炎症标志物之间的关联。FDR调整后的p<0.05被视为统计学显著。使用GraphPad Prism 10.2.0进行分析。
结果
两个干预队列（包括对照组）的描述性特征如表S1所示。合生元研究包括合生元组和对照组，招募了18岁及以上的参与者。相比之下，omega-3和菊粉纤维干预研究招募了60岁及以上的老年人。我们进行了统计比较，以评估每个干预组与对照组之间基线人口统计学特征是否存在差异。结果显示，合生元组与对照组之间在年龄、性别或体重指数（BMI）方面没有统计学显著差异。然而，omega-3和菊粉纤维干预组的参与者比对照组年长。为解决年龄对炎症标志物变化的潜在混杂影响，后续所有分析均将年龄作为协变量进行调整。
使用Olink平台对所有饮食干预（包括对照组）的92种炎症蛋白进行了定量。合生元干预在炎症标志物方面引起了更广泛和更明显的降低，包括系统性炎症蛋白和黏膜趋化因子。这些发现表明在系统性和组织特异性水平上均有抗炎作用（图3）。
具体来说，在合生元干预中发现七种炎症蛋白发生了改变（所有FDR p值<0.003）。这些包括促炎细胞因子如IL-6和INF-γ，以及其他在炎症、免疫反应和代谢调节中起关键作用的特定蛋白。例如，4EBP1（真核翻译起始因子4E结合蛋白1）是调节蛋白质合成的关键调控因子，可影响细胞生长和炎症，而SIRT2（Sirtuin 2）是病毒性感染的治疗靶点，也参与控制氧化应激和促进代谢平衡。趋化因子CCL23、CCL25和CCL28与免疫细胞募集和肠道黏膜炎症相关，它们的减少表明免疫调节改善和系统性炎症减少。然而，这些变化在菊粉纤维或omega-3干预组中并未观察到，突显了合生元干预独特的免疫调节潜力。
我们对每个干预组和对照组之间选定的显著炎症蛋白进行了非配对t检验，发现合生元组中炎症蛋白的效应大小最大（SIRT2 d=-1.505；p<0.0001），4EBP1 d=-1.384；p=0.0004，CCL23 d=-1.356；p=0.0002）。
鉴于合生元饮食干预导致比菊粉纤维或单独omega-3补充更广泛范围的炎症蛋白变化，我们调查了效应大小最大的炎症蛋白是否与代谢健康标志物相关。六周的合生元干预导致总胆固醇、LDL和非HDL胆固醇显著降低（表S2）。然而，未观察到炎症蛋白变化与脂质标志物变化之间的显著相关性。此外，我们未发现葡萄糖、胰岛素或HOMA IR的显著差异（表S2）。
我们决定在短链脂肪酸（SCFAs）的背景下研究合生元干预的效果，并假设SCFAs的变化可能与炎症标志物的改变相关。在6周期间，合生元干预导致所有测量的SCFAs增加（补充图2）。其中，与对照组相比，合生元组中丁酸有所增加（p=0.01，95% CI 0.07至0.58）（图5A），表明对干预有特定反应。此外，丁酸的增加与促炎标志物IL-6的降低相关（r=-0.57，p=0.01，图5B），强化了丁酸在调节系统性炎症中的作用。然而，未观察到丁酸与其他任何炎症标志物之间的相关性，提示替代机制途径尚未探索。
讨论
在本研究中，我们调查了各种饮食干预（特别是菊粉纤维、omega-3脂肪酸和合生元）对系统性炎症谱的影响，使用血清炎症蛋白作为生物标志物。与单独的菊粉纤维或omega-3补充相比，合生元干预导致更广泛范围的炎症蛋白降低，并表现出更大的效应大小。值得注意的是，观察到七种炎症蛋白（4EBP1、SIRT2、CCL23、CCL25、CCL28、IL-6和INF-γ）的减少。这些发现突显了合生元补充调节炎症和改善代谢健康的潜力，为支持含有益生菌的发酵食品在调节肠-免疫轴方面作用的证据库做出了贡献。
显示出最大变化的关键炎症蛋白提供了对合生元干预调节的炎症途径的洞察。例如，SIRT2是sirtuin家族的成员，在调节代谢、炎症和衰老方面起着关键作用。除了在代谢和炎症疾病（如肝纤维化和血管并发症）中的明确作用外，SIRT2还被牵涉到抗病毒反应中。最近的研究表明，SIRT2参与调节各种病毒（包括乙型肝炎病毒）的复制和转录。此外，SIRT2的药理学抑制已被证明可减少病毒复制并损害病毒转录活性，表明其作为病毒感染治疗靶点的潜力。4EBP1是mTOR信号通路的关键效应器，调节细胞生长和能量平衡。我们观察到4EBP1减少与BMI降低之间的显著关联，表明4EBP1可能是炎症和代谢健康之间的重要联系，可作为炎症相关代谢功能障碍的生物标志物。CCL23的减少（一种参与免疫调节和肿瘤进展的趋化因子）在合生元和纤维补充干预中均有观察到，但在合生元干预中效应大小更大，进一步突显了其强大的抗炎潜力。
此外，我们还观察到对照组在黏膜趋化因子CCL25和CCL28方面有较弱的变化。这些是通常存在于消化道内衬中的黏膜趋化因子，主要与肠道内衬炎症相关。CCL25已被证明在多种炎症相关疾病中起重要作用，如心血管疾病、类风湿关节炎、肝炎、炎症性肠病和哮喘。CCL25和CCL28活性在炎症性肠病/活动性结肠炎中上调，并与肠道内衬炎症强烈相关。最后，我们观察到菊粉纤维和omega-3对系统性炎症标志物有显著降低，这在我们之前的研究中已有报道。
虽然菊粉纤维和omega-3补充也显示出抗炎效果，但它们的影响不如在相同6周期内观察到的合生元补充那样显著。我们的发现与之前的研究一致，例如Wastyk等人的研究，表明消费富含益生菌和合生元的发酵食品比单独的单一来源益生元纤维更能引起免疫表型和炎症标志物的更强烈变化。
当前的研究结果突显了开菲尔的独特益处，这是一种天然发酵食品，含有各种活性微生物和有益的微生物代谢物（后生元），它们共同促进免疫调节。与分离的补充剂不同，开菲尔提供了一种有益的活性微生物、短链脂肪酸和生物活性肽的组合。这与多样化的益生元纤维混合物相结合，协同增强了其抗炎效果，如我们在本研究中所报告的。这些效果也可能通过肠道微生物组与宿主免疫系统之间的相互作用来介导。益生元纤维选择性地促进短链脂肪酸产生微生物（如丁酸产生菌）的生长，而开菲尔引入可能丰富功能能力的微生物多样性。特别是丁酸，已知可支持肠道屏障完整性，促进调节性T细胞分化，并抑制包括IL-6在内的促炎细胞因子，同时在减轻肠道炎症中起关键作用。这些肠-免疫相互作用可能有助于解释为什么合生元干预比单独的omega-3和菊粉纤维调节更广泛的炎症标志物。因此，当前的合生元组合可能作为天然可获得、非药物和成本有效的饮食干预，减少更广泛的炎症标志物，包括系统性和特定/局部炎症标志物。
当前研究有几个局限性。首先，每个干预的样本量相对较小，尽管与其他类似研究相当，但可能限制研究结果的普遍性。此外，虽然事后功效分析表明大多数炎症标志物具有足够的功效，但这些分析是回顾性的，不能替代研究设计期间进行的前瞻性功效计算。我们承认当前研究设计中缺乏真正的安慰剂对照。虽然这可能限制我们完全隔离干预特定效果的能力，但主要结果是客观的基于血液的生物标志物，这些生物标志物不太容易受到安慰剂效应的影响。我们还承认，缺乏参与者和研究者盲法可能会在结果的评估和报告中引入偏见。未来采用双盲设计的研究将加强方法严谨性并减少此类偏见的潜在可能。
虽然我们观察到系统性抗炎效果，但我们没有分析饮食干预对肠道微生物组组成变化的直接影响。由于肠道微生物组在调节免疫系统方面起着关键作用，我们希望包括宏基因组分析，以更好地了解这些干预如何具体改变微生物群落及其与观察到的炎症标志物变化的关系。除了探索分类学差异外，我们还将研究功能变化，如碳水化合物活性酶（CAZymes）的变化、短链脂肪酸合成途径和其他微生物代谢功能，这可能提供对营养调节宿主免疫机制的更深入见解。
第三，探索免疫表型、基因表达谱和代谢组学的变化将为益生菌和益生元对免疫功能的特定作用提供有价值的见解。最后，虽然对照组和合生元（开菲尔加益生元纤维混合物）干预在所有人口统计学特征上匹配良好，但omega-3和菊粉纤维干预是在较老年人群中进行的。因此，我们必须对年龄进行调整，但这也可能降低了我们检测与对照组相比额外炎症标志物减少的能力。这是基于这样一个事实：许多系统性炎症标志物随年龄增加，因此我们的分析可能低估了效果，因为将老年人的营养干预后的下降与没有变化的年轻人群进行了比较。此外，与年龄相关的免疫变化，特别是免疫衰老和炎症调节改变，可能会影响对饮食干预反应的幅度和变异性，可能掩盖或调节观察到的效果。值得注意的是，我们的研究并未设计用于进行年龄亚组分析，任何此类分析充其量都是功效不足和探索性的。尽管存在这些局限性，我们仍在所有三种干预中观察到显著变化。
当前研究为支持使用发酵食品和合生元调节肠-免疫轴的证据库增添了新的内容。它突显了设计有针对性的饮食干预以影响系统性炎症和代谢健康的潜力，为未来研究这些效果背后的特定微生物组介导机制开辟了途径。
【全文结束】
