微生物调控
通过饮食调整肠道微生物组的方法有望成为未来的治疗方法
作者：克里斯·安德森
2024年10月8日
人类健康研究中最早的一些观察就提出了人体肠道活动与心理健康之间的联系——即如今广为人知的肠-脑轴。然而，研究人员直到大约30年前才在这些研究中取得重大进展。如今，关于肠道微生物组影响的研究蓬勃发展，其范围已远远超出心理健康领域，因为微生物组组成与癌症、炎症性肠病(IBD)、肥胖、2型糖尿病和心血管疾病等疾病之间建立了直接联系。
肠道微生物组对疾病发展产生显著影响是合乎逻辑的。毕竟，据估计肠道微生物包含100万亿个或更多的单独微生物——至少是人体细胞总数的三倍。饮食在塑造肠道微生物组的组成、功能和多样性方面发挥着重要作用。科克大学学院APC微生物组爱尔兰中心和穆尔帕克Teagasc食品研究中心的凯瑟琳·斯坦顿博士领导的研究团队于7月在《自然综述：微生物学》发表的论文，深入探究了不同饮食对肠道微生物群的影响及其对人类健康的后续效应。
斯坦顿及其同事写道："理解各种饮食对微生物组的深远影响至关重要，这不仅使我们能够为改善代谢和肠道健康做出明智的饮食决策，还能预防和延缓源自次优饮食的特定饮食相关疾病的发生。"
鉴于构成肠道微生物组的数万亿细菌、真菌、病毒和原生动物之间复杂的相互作用，理解人类肠道微生物组绝非易事。此外，这个复杂系统从我们出生时就受到外部因素的影响，结果是没有任何两个人的肠道微生物组是相同的。它们如同指纹般具有个体化特征。尽管如此，研究人员仍能得出关于饮食如何广泛影响肠道菌群组成的结论，无论是支持不同类型的有益微生物，还是有效降低其种群至不健康水平。
斯坦顿及其合作者指出："在成年期，尽管微生物组往往相对稳定，但外部因素特别是饮食会显著影响其组成和功能。营养物质、微生物群和免疫系统之间的这种复杂相互作用，是维持体内平衡和抵御外来病原体的关键调节机制。研究表明，短期和长期的饮食方案都会改变肠道微生物群的组成和功能，这证明了饮食在影响人类健康方面的强大力量。"
这些影响显而易见。虽然目前仍处于早期阶段，但近年来测序技术的进步和能够有效处理海量生成数据的机器学习算法，已显著加速了肠道微生物组研究。这些进展可能很快会指明临床饮食干预的方向，这些干预不仅能帮助降低疾病风险，还能在疾病最早阶段进行治疗。
保罗·科特博士
高级首席研究员
Teagasc食品研究中心
科克大学学院APC微生物组爱尔兰中心和穆尔帕克Teagasc食品研究中心的保罗·科特博士领导了食品产品微生物组研究，他表示："我们正在进行一项研究，让多个国家的参与者连续六个月食用特定的牛奶开菲尔产品，观察其对健康和微生物组的影响。该产品含有旨在降低胆固醇的微生物群。我们从早期小型人体研究中已看到相关益处的证据。"
维持或破坏肠道微生物群
毫不奇怪，被视为健康的饮食方式如地中海饮食，因其富含纤维、水果和蔬菜，有助于支持健康的肠道环境。康普茶、开菲尔、泡菜和酸菜等发酵食品自带微生物群落，同样极具益处。
张平博士
实验室主任
中国科学院西双版纳热带植物园
中国科学院西双版纳热带植物园（位于中国云南省）的实验室主任张平博士指出，能显著影响健康肠道微生物组构建或维持的饮食成分之一是纤维。关键过程在于肠道微生物对纤维的发酵。特别是，具有复杂结构的难消化多糖能促进短链脂肪酸(SCFAs)产生菌的生长，这些细菌被认为是维持健康肠道生态系统的"基石物种"。
张平表示："一般来说，含有不同来源、不同结构膳食纤维的食物很可能促进肠道微生物群的多样性。某些食物可能因提供健康微生物群所需的理想多样性而被视为'更优选择'，例如全谷物谷物——玉米、小麦、高粱和燕麦，豆类、红薯和香蕉。"
持续摄入这些食物并搭配水果和蛋白质均衡饮食的人，其微生物组中往往表现出丰富的物种多样性。罗马天主教大学胃肠病学教授詹卢卡·伊亚尼罗博士领导的意大利研究团队指出："肠道微生物群的阿尔法多样性——一个指代不同物种数量和分布的生态学概念——似乎是微生物组健康的一个可靠指标。"
相反，所谓的西方饮食以及其他高脂肪、高糖和高加工食品的饮食会破坏这种微生物多样性，常常导致炎症和免疫系统失调。肥胖人群的微生物组多样性较低，包括丁酸盐生产菌。丁酸盐通过减少促炎细胞因子的产生来抑制M1巨噬细胞和中性粒细胞等促炎免疫细胞，同时激活Tregs和M2巨噬细胞等抗炎细胞。
张平表示："在许多疾病中，如传染病、癌症、代谢性疾病、心血管疾病、自身免疫疾病以及过敏和特应性疾病中，都观察到肠道微生物组组成发生改变，表现为有益的关键细菌物种减少和有害微生物增加。"
微生物组与神经退行性疾病
尽管微生物组在炎症性肠病(IBD)、2型糖尿病和自身免疫疾病等疾病发展中的影响已受到广泛关注，但越来越多的证据表明它也影响帕金森病(PD)等神经退行性疾病。帕金森病与炎症性肠病等胃肠道疾病之间的关联早已为人所知，并因精神健康机构中高发率而催生了"机构性结肠"一词。然而现在，研究人员已转变思路。他们不再认为帕金森病导致胃肠道症状，而是证明胃肠道问题是帕金森病的前驱症状，且其起源在肠道。
上月，来自波士顿塔夫茨大学、哈佛大学和贝斯以色列女执事医疗中心的研究人员在《美国医学会杂志网络开放》发表研究，表明上胃肠道黏膜损伤与帕金森病发病风险增加相关。此外，胃肠道疾病症状可能早在帕金森病标志性运动症状出现前20年就已显现。
随着"肠道优先"假说的证据日益增多——该假说解释帕金森病如何开始，其他研究人员已将微生物组失调视为帕金森病的潜在驱动因素，同时研究饮食干预如何降低此风险甚至阻止疾病发展。
戴云·昆博士候选人
流行病学系
加州大学洛杉矶分校
加州大学洛杉矶分校的戴云·昆博士候选人及其同事在4月发表于npj帕金森病杂志的研究数据表明，帕金森病患者的肠道微生物特征受饮食习惯影响。她说："我们观察到微生物组与饮食质量以及膳食纤维和添加糖摄入量之间的差异。这些发现与先前研究一致，并进一步表明健康饮食可能对帕金森病患者的肠道微生物组产生有益影响。"
特别是，研究团队考察了添加糖对帕金森病患者肠道微生物组的影响。他们2023年发表在《帕金森ism及相关疾病》的前期研究详细阐述了帕金森病患者和健康对照组饮食中所有糖类（包括天然糖和添加糖）的影响。
昆表示："我们观察到帕金森病患者往往摄入更高量的总糖和添加糖。具体而言，我们发现帕金森病患者与对照组之间存在饮食差异：帕金森病患者饮食质量总体较低，其特征是碳水化合物、总糖（包括果糖、葡萄糖和乳糖等天然糖）以及添加糖的摄入量较高。"
今年早些时候，安卡拉加齐大学的营养学家谢里夫·艾滕博士和萨尼耶·比利奇博士在《当代营养报告》发表的一篇综述文章指出："某些饮食模式可通过肠道微生物组组成、肠道通透性以及微生物衍生的神经营养因子和神经递质的合成与分泌来影响神经退行性疾病的进展。"
艾滕和比利奇写道："尽管关于特定饮食（生酮饮食、地中海饮食、素食和西方饮食）影响阿尔茨海默病和帕金森病神经炎症进展能力的研究尚显不足，但研究表明生酮饮食'在改善轻度认知障碍和阿尔茨海默病的临床病程方面展现出令人鼓舞的潜力'。以抗炎特性著称的地中海饮食和素食可能对与肠道环境炎症相关的帕金森病有效。"
毫不意外，西方饮食与肠道微生物多样性和微生物减少相关，这种情况最终会导致神经炎症和认知障碍。
肠道微生物组包含超过100万亿个单独的微生物。但随着研究焦点转向帕金森病的前驱期，人们日益乐观地认为治疗最终可能包含饮食干预以预防疾病。但早期干预至关重要。昆指出，加州大学洛杉矶分校团队在最新研究中进行了分层分析，显示微生物组对膳食纤维摄入的反应取决于帕金森病病程持续时间。她说："具体而言，在病程较短（<10年）的患者中，增加纤维摄入与有益短链脂肪酸产生菌丰度较高之间的关联比病程较长（>10年）的患者更为显著。这表明在帕金森病早期阶段，微生物组对膳食纤维的反应更灵敏，可能增强其有益影响。"
昆指出，这种策略对长期帕金森病效果较差的一个可能原因是，这些患者的微生物失衡因疾病对肠道环境的累积效应而更为根深蒂固。
昆总结道："我们关于帕金森病肠道微生物组和饮食的研究强调了进行纵向研究的必要性，以了解饮食、微生物组和帕金森病进展之间的因果关系和时间动态。如果这些饮食效应在后续研究中得到验证，临床医生可能推荐特定的饮食调整作为早期干预策略的一部分，以管理甚至延缓帕金森病的进展。"
展望未来
科学家们明白，当前研究仅揭示了通过饮食干预调节微生物组以治疗疾病的冰山一角。尽管如此，已有充分证据指向这一可能性的未来。
在以"植物王国"著称且是生态研究热点的中国云南省，她的实验室里的张平看到了生物多样性的潜力。她指出该地区的植物资源在很大程度上尚未被探索，并引用几项新兴研究来佐证其治疗功效。例如，实验室已发现一种具有治疗结肠炎和糖尿病潜力的治疗性香料。
张平指出："该地区本土植物食品在促进健康方面的营养价值巨大，例如我们几年前在一篇论文中展示的竹笋纤维作为新型膳食纤维在控制体重和调节肠道微生物组方面的显著效果。"
科特相信，他的团队开发的全面食品微生物组数据库可用于创建含有特定有益微生物的食物，以治疗各种病症。例如，了解微生物群落及其代谢物可能有助于设计帮助麸质不耐受者分解体内麸质的食物，或识别有助于消化其他不良食品成分的不同微生物。
科特表示："这可能在肠-脑轴中触发某些反应，你可以几乎以个性化营养方案的方式定制这些微生物群落。因此，发酵食品可能对改善炎症性肠病症状或缓解焦虑有益，也可能降低胆固醇。这些在未来都可能实现。"
克里斯·安德森是缅因州人，拥有25年以上B2B编辑经验。他曾是《安全系统新闻》和《药物发现新闻》的创刊编辑，并作为《临床组学》（现更名为《精准医学内情》）的主编领导了其印刷版启动和内容扩展。
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