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菌群多样性是如何形成的,与健康的关系,如何改善?

谷禾健康

菌群多样性

关于菌群多样性,小伙伴们常会问到:

菌群多样性是如何形成的?

菌群多样性越高越好吗?

它与健康的关系如何?

该怎么去改善呢?

……

本期推文就为大家统一解答这类问题。

本文要点

  1. 多样性很重要,维持菌群稳定和有效抵御致病菌入侵。
  2. 过多过少都不好,过低不稳定,过高通常有病原菌或非共生菌。
  3. 除了遗传、地理位置外,饮食和运动、生活方式还有药物影响多样性。
  4. 如何提高?吃足量的多种纤维,富含多酚的果蔬,适量的坚果和发酵食物。益生菌和益生元补充也有利于多样性提高。还有就是多接触大自然,尤其是婴幼儿时期有助于儿童菌群多样性的建立。

在了解前面问题之前。我们首先要明确,菌群多样性是什么?

01
快速了解菌群多样性

首先,我们知道肠道微生物群代表了一个不断变化的生态系统。

为了便于理解,我们可以把肠道菌群比作一块草地,健康的肠道菌群包含多种菌群,它们之间相对平衡,就好比一块生长完好的草地,生长各种类型的草,整体和谐 ↓↓

一旦遇到疾病,药物等干扰之后,一些菌群被杀死,也就是说少了很多种类型的草,这块“草地”会逐渐变秃,甚至部分沦为荒漠 ↓↓

之后如果不加任何看管,没有很好得到恢复的话,部分菌群可能会野蛮生长,破坏了原有的平衡 ↓↓

以上,我们可以看到关于多样性的几个特点。

一个是种类:

成年人群中肠道菌群的种类参考范围在100~2000种,种类数量越多样性越。类比图1那样。

一个是均匀性:

即各个菌种的含量丰度较为均一,如果出现单一菌种占据绝大部分的情况,类比以上图3,那么多样性也不理想。

多样性的评估一般通过一个叫做香农-维纳多样性指数的指标来进行评估,计算公式为:

H=-∑(Pi)(log2Pi)

其中Pi为每个菌的占比例,值越大代表物种种类越多,均匀性也更好相应的多样性也越高正常人群中香浓指数在2~9之间,一般大于3以上表明具有一定多样性。

肠道菌群多样性表现在:

微生态系统的稳定性,以及面对外界致病菌等入侵的抵御能力

02
菌群多样性是怎么形成的?

这要追溯到生命早期。

胎儿发育和婴儿期,菌群多样性通常很低

由于在生命的早期阶段,肠道含有氧气,此时肠道内的微生物大多是耐氧的。

随着不断发育,这些菌群开始逐渐被厌氧菌取代。肠道菌群的这种进化是迅速的。

  • 出生后第一周

研究表明,婴儿在出生后第一周,肠道内发现的病毒序列有56%,在第二周后就不存在了。

  • 三个月

这种多样性在生命的前3个月继续迅速扩大,其中约95%的微生物随着时间的推移而保存下来。

  • 一岁

婴儿的微生物群组成具有特征丰富的Akkermansia muciniphila、拟杆菌属、韦荣氏菌属、球状梭菌属和肉毒梭菌属等。肠道微生物多样性延迟与过敏、哮喘和营养不良有关。

  • 2.5岁

肠道菌群变得稳定,微生物群落多样性随着年龄的增长而增加,直到它成为一个稳定的成年微生物群,主要由三个细菌门组成:

厚壁菌门

(Lachnospiraceae和ruminococaceae)

拟杆菌门

(拟杆菌科、Prevotellaceae和Rikenellaceae)

放线菌门

(双歧杆菌科和Coriobacteriaceae)

出生到2.5岁的微生物群发育期可能非常关键,婴儿早期肠道微生物群的破坏可能会严重影响人类健康。

  • 三岁

大约三岁时,儿童肠道微生物群的组成和多样性与成人最为相似。

在个体的整个生命过程中,它继续以更稳定更慢的速度进化。

  • 7-12岁

研究还发现,青春期之前儿童,肠道微生物群富含可能参与持续发育功能的菌群,如叶酸和维生素B12的合成方面也很丰富。

  • 11-18岁

青少年微生物群,梭状芽胞杆菌属、双歧杆菌属的丰度显著高于成人。

  • 成年人

健康成人肠道菌群以厚壁菌门和拟杆菌门为主,也包括较小比例的Verrucomicrobia、放线菌门(Actinobacteria)、变形菌门(Proteobacteria)。

  • 老年人(> 65岁)

一般来说,老年微生物群的特点是微生物多样性下降机会性病原体增多,双歧杆菌和拟杆菌显著减少,兼性厌氧菌、梭杆菌门、梭状芽胞杆菌和真细菌Eubacteria增加,产生短链脂肪酸菌群减少。衰老显著影响老年人微生物群的组成和功能。

是不是所有老人的肠道菌群多样性都会降低?

不是,长寿老人的肠道菌群多样性水平高。

研究人员检测了一群健康的长寿老人的肠道微生物组,来自中国四川都江堰市的长寿老人,包括“90-99岁”和“≥100岁”两个年龄段。

他们发现长寿人群的肠道菌群比年轻成年人的肠道菌群更多样化,这与传统观点相矛盾。

Kong F, et al., Gut Microbes, 2018

他们还发现了产短链脂肪酸菌在长寿老人中开始增加,例如梭状芽胞杆菌XIVa。

国内外研究结果一致

为了验证他们的发现,他们分析了来自一个意大利小组的独立数据集。

Kong F, et al., Gut Microbes, 2018

出现一致的结果:长寿的意大利人也比年轻的人群的肠道菌群多样化水平更高 。

庆幸的是,谷禾肠道菌群数据库中也有比较长寿的老人肠道菌群数据。

我们抽取其中一例相对较为健康的长寿老人的数据:

编号:083*****97 ,98岁(谷禾肠道菌群数据库)

可以看到肠道菌群多样性水平也是明显增高,与文献报道相符。大部分指标都处于正常水平。

那么,菌群多样性是不是仅随年龄的变化而变化呢?

不是的,我们会发现同一年龄层人群的多样性还是有差别的。也就是说除了年龄这个因素之外,肠道菌群变化与某些其他因素也存在关联。

下一章节我们逐一展开了解一下其他相关因素。

03
菌群多样性由哪些因素决定?

前一章节,我们发现年龄会影响菌群多样性变化,其他也可能是由遗传、饮食习惯生活方式生理变化、地理位置、药物等因素共同决定的。

▼ 遗传(双胞胎菌群特征相似)

研究发现,分开生活多年的同卵双胞胎在微生物特征上表现出高度的相似性,而生活在相同环境和饮食习惯相似的配偶则没有

厚壁菌门、放线菌门、Tenericutes、Euryarchaeota遗传性更强,而拟杆菌门的遗传性很低

以上这些发现有力地证明,遗传因素在塑造肠道微生物群方面提供了强大的力量。

其他也有研究证实了猪、人和小鼠之间的遗传分类群和候选基因的功能类别的高度相似性,这表明宿主基因对哺乳动物肠道微生物群的影响机制相似

▼ 地理位置(一方水土养一方人)

肠道菌群中每一个门的比例随着地理位置的变化而变化。这些可能是受到各种不同生活方式有关的大气、基因、饮食或其他因素影响。

在非洲农村布吉纳法索村的儿童(高纤维饮食,脂肪和动物蛋白含量低),马拉维和委内瑞拉的儿童和成人中富含普雷沃特菌,他们吃的主要是玉米、木薯和其他植物源性多糖。

研究表明,普氏杆菌与碳水化合物和单糖有关(在农业社会普遍存在)。

在西方国家,拟杆菌门与厚壁菌门的比例更高。

拟杆菌与长期饮食中,富含动物蛋白、几种氨基酸和饱和脂肪有关(在美国和欧洲普遍存在);

西方国家,肠道菌群多样性的普遍减少,引发了人们的思考,更广泛人群中重要共生菌该如何维持?全球饮食趋势是否会导致有益菌群永久消失

在发展中国家保持个体菌群(特别是在农业文化中),可能有助于保存人类微生物群中潜在的重要组成部分。

此外,特殊环境,如医院的ICU病房、更衣室等消毒严格的地方,也可能导致环境菌群多样性下降。

▼ 饮食 (调节菌群怎么离得开吃?)

都知道饮食对肠道微生物群的调节起着至关重要的作用,这其中可能起到有益的作用,也可能是有害的。

  • 婴儿

为什么要把婴儿单独拎出来讲呢?因为对他们来说,人生重要事儿就是吃吃睡睡,那么吃就占了很重要的一块。饮食可以说是塑造肠道菌群的关键驱动力。

婴儿早期,肠道微生物群富含与母乳中低聚糖消化有关的基因,后来,随着其他辅食的引入,富含与多糖和维生素代谢相关的基因。

母乳喂养的婴儿表现出放线菌的过度生长以及厚壁菌和变形菌的抑制。母乳中含有可被这些细菌有效代谢的低聚糖,导致短链脂肪酸增加,从而使免疫系统增加免疫球蛋白G的表达。

配方奶粉喂养的婴儿表现出梭菌、链球菌、拟杆菌和肠杆菌的增加。婴儿期后,肠道微生物群继续发展,饮食成为组织肠道微生物群结构、形状和多样性的主要关键

  • 成年人

日常强调的水果和蔬菜,在决定α多样性方面发挥了最重要的作用。研究发现α多样性或微生物丰富度与长期水果和蔬菜摄入呈正相关(p<0.05)。

膳食纤维的摄入对于保持肠道粘膜屏障功能的完整性至关重要。高纤维饮食可以改善2型糖尿病患者的血糖控制和促进更健康的代谢状况。

素食与健康、肠道菌群多样性的变化以及厚壁菌和拟杆菌的优势有关。

高蛋白质和高脂肪的饮与大量耐胆汁的菌群有关,如拟杆菌、嗜胆汁菌和厚壁菌,以及对厚壁菌的抑制。不过需要注意的是,这种饮食习惯,可能会导致免疫力降低、感染易感性增加和代谢性疾病的发展。因此,减肥人士也需谨慎。

具体如何选择可见后面章节。

▼ 季节 (果蔬也有属于它们的生长季节)

食物供应的季节性变化的影响菌群多样性。

首先,初步研究将坦桑尼亚的哈扎狩猎采集人与城市化人进行了比较,结果与意大利城市居民相比,哈扎人的饮食富含复杂的多糖,并表现出更高水平的微生物多样性,表现为拟杆菌的比例较高。

后续宏基因组分析显示碳水化合物活性酶的富集,这与觅食、富含多糖的饮食一致。肠道微生物组保留的代谢复杂碳水化合物和蛋白质的功能潜力,可能是由于食物供应的季节性变化

哈扎人肠道菌群在组成上,经历了与湿季和旱季同时发生的季节性循环,其中 Prevotellaceae 、 Spirochaetaceae 是 2 个最具季节性变化的菌群。Prevotellaceae 比例在雨季下降,这与宏基因组中存在的碳水化合物活性酶显着减少有关,特别是植物碳水化合物。

另一项研究针对北达科他州的社区哈特派人群,他们的夏季饮食富含高纤维的新鲜水果和蔬菜。与冬季相比,北达科他州的夏季肠道微生物群与拟杆菌门的丰度显着增加相关,而放线菌和厚壁菌门的丰度相应减少。

当然,在城市化人群中并没有这种现象。

总的来说,研究城市化程度、地理位置和特定食物供应的全球饮食模式,有助于在宏观层面上形成全球肠道微生物群的巨大异质性

▼ 生活方式 (除了吃还有什么能改变菌群?动!)

——运动锻炼

在人类研究中,运动增加了肠道菌群的多样性,与蛋白质摄入量和肌酸激酶水平呈正相关

与非运动员相比,运动员的拟杆菌水平较低厚壁菌数量较多

对运动产生反应的细菌种类包括乳酸杆菌、双歧杆菌和阿克曼菌,而其他种类则有所减少,如变形杆菌、Turicibacter、Rikenellaceae.

此外,在运动的反应中,产短链脂肪酸菌(尤其产丁酸菌),如梭菌Clostridiales、罗斯氏菌Roseburia、毛螺菌科Lachnospiraceae、Erysipelotrichaceae增加,并在调节运动对宿主肠道菌群的影响中发挥重要作用。

运动增强丰富菌群的机制是什么?

涉及内部和外部因素。

【内】对耐力训练的内在适应,如血流量减少、组织缺氧和转运增加,会导致胃肠道的变化。

【外】运动型个体暴露于他们的环境生物圈中,遵循整体健康的生活方式,促进更丰富的微生物群

与对照组相比,运动员表现出较低的炎症改善的代谢标志物,并且运动与较低的慢性炎症导致的发病率降低有关。

有研究人员提出,运动可以作为一种治疗支持,可用于治疗与失调相关的疾病,如肥胖和其他一些胃肠道疾病。

关于运动详见:《运动如何影响肠道微生物群,如何正确运动》

《肠道微生物组如何影响运动能力,所谓的“精英肠道微生物组”真的存在吗?》

——吸烟

戒烟的健康个体的粪便微生物群中也观察到显著的变化,包括厚壁菌门和放线菌门相对丰度的增加拟杆菌门变形菌门的减少

研究证实,吸烟者和非吸烟者的口腔菌群存在显著差异。特别是在吸烟者的口腔中,卟啉单胞菌和奈瑟菌的繁殖增加Gemella减少

▼ 药物

抗生素的使用是一把双刃剑:它摧毁致病菌的同时,可能也伤害了有益菌,导致肠道微生物群失调,多样性大幅下降,并且需要一段时间才能恢复。

广谱抗生素导致厚壁菌门和拟杆菌门之间的不平衡。在治疗过程中,菌群整体多样性降低,这些细菌的丰度也降低。

微生物组组成的改变取决于抗生素类别、剂量、暴露时间、药理作用和目标细菌等。例如,连续两年服用克林霉素会导致肠道微生物群发生变化,而拟杆菌种类不会恢复。

在幽门螺杆菌治疗中使用克拉霉素会导致放线菌数量减少,而环丙沙星会导致治疗半年后仍未恢复的瘤胃球菌数量减少

研究表明,氨苄青霉素、万古霉素、甲硝唑和新霉素具有长期的负面影响,可引起肠道菌群多样性的不可逆变化,从而增加宿主疾病的风险

关于抗生素对菌群的影响详见:

《抗生素对微生物组及对人体健康的影响》

《细菌感染和抗生素使用》

《细菌的天敌抗生素,如何用好这把救命的双刃剑?》

其他药物也会降低菌群多样性,如治疗胃溃疡和反酸的质子泵类药物也会导致菌群多样性降低。

以上是常见的菌群多样性的决定因素,那么菌群多样性是如何对身体产生影响的?下一章节我们探讨这部分内容。

04
菌群多样性与健康的关系?

微生物组的多样性和平衡在人类健康中发挥着重要作用。

▼ 消化系统疾病

以IBD为例。

在 IBD 患者中,肠道菌群的多样性减,这主要是由于厚壁菌门的多样性减少。在厚壁菌中,梭菌减少,尤其是普拉梭菌,普拉梭菌是产丁酸盐的菌群之一。这些菌群少了,产出来的丁酸盐就少,丁酸有什么用呢?

它能对肠道防御机制具有多阶段调节作用,包括通过促进肠上皮中的紧密连接蛋白保护肠粘膜屏障,支持先天性和适应性免疫反应,刺激成熟的结肠细胞,抑制未分化的恶性细胞和干细胞,通过降低环氧合酶-2(COX-2)水平抑制氧化应激,并通过诱导过氧化氢酶,改善过氧化氢(H2O2)的解毒作用。

丁酸也能刺激芳香烃受体(AhR)、GPR41和GPR109A受体,并抑制不同细胞类型的HDAC,从而稳定肠道屏障功能并减少炎症过程。

丁酸少了,肠道屏障可能受损,炎症反应增加,就会出现IBD等肠道疾病。

在克罗恩病(CD)、肠易激综合征(IBS)等消化系统疾病中,无论是否伴有腹泻和结直肠癌,都会持续观察到多样性降低

乳糜泻患者的十二指肠相关微生物群多样性也不太理想。

艰难梭菌结肠炎复发的危险因素之一就是多样性降低。

扩展阅读:

《深度解析 | 炎症,肠道菌群以及抗炎饮食》

《炎症性肠病中宿主与微生物群的相互作用》

▼ 神经系统疾病

目前越来越多的研究表明,在抑郁症、帕金森病 、阿尔茨海默病等神经系统疾病中,肠道菌群多样性减少。

抑郁症、帕金森病和AD患者肠道菌群的变化

MU Xin et al., Chinese Pharmacological Bulletin 2019

扩展阅读:《肠道微生物组在人类神经系统疾病中的作用》

《最新研究速递 | 柳叶刀:肠道微生物群在神经系统疾病中的作用》

《深度解读 | 肠道菌群和中枢神经系统的关系》

▼ 癌症

以乳腺癌为例。

乳腺癌患者多样性减少。一项基于人群的病例对照试验研究中,调查了绝经后妇女的粪便微生物群与乳腺癌之间的关系。发现与对照组患者相比,病例患者的微生物群组成显着改变(β-多样性,P = 0.006)和较低的α-多样性(P = 0.004)。

肠道菌群失调可诱发慢性炎症,因此有可能影响乳腺癌的发展。

扩展阅读:《肠道微生物群与五种癌症的相互作用:致癌 -> 治疗 -> 预后》

《结直肠癌防治新策略——微生物群》

《“隐藏高手” 胰腺癌的新出路——微生物》

《肺癌最新研究进展,与肠肺微生物息息相关》

《深度解析 | 肠道菌群与慢性肝病,肝癌》

▼ 代谢类疾病

肥胖

一般来说,肥胖个体的微生物多样性低于瘦的个体。饮食干预可以改善微生物的丰富度和相关的临床表型,例如改善代谢和炎症状态。

扩展阅读:《体重增长:目前为止我们所知道的一切(更新你的减肥工具箱)》

糖尿病

1 型糖尿病患者的肠道微生物群,高水平的拟杆菌,大量产生乳酸和丁酸的细菌以及细菌功能多样性降低

2型糖尿病前期,菌群多样性就已经存在下降趋势。

扩展阅读:《2型糖尿病如何做到可防可控?肠道菌群发挥重要作用》

▼ 儿童发育

对来自孟加拉国的营养不良儿童和营养良好的健康儿童的肠道微生物群进行了横向比较研究,结果发现,营养不良儿童微生物群的多样性显著降低

扩展阅读:《生命早期营养不良和微生物群影响大脑发育和行为》

《真实案例 | 儿童发育迟缓肠道菌群检测的应用》

《发育迟缓/营养不良不容忽视,问题很有可能在肠道》

▼ 心脑血管疾病

高血压个体的肠道微生物多样性减少,厚壁菌门/拟杆菌门比率增加。

扩展阅读:《认识肠道微生物及其与高血压的关系》

《饮食-肠道微生物群对心血管疾病的相互作用》

▼ 免疫系统疾病

以过敏为例。

在出生第一年甚至更早的时候,饮食多样性可能对预防过敏产生积极影响。早期接触多种食物抗原可能会促进免疫耐受的发展。

扩展阅读:《婴幼儿过敏有望改善,与肠道菌群密切相关》

《生命早期微生物接触和过敏风险:如何预防》

《微生物群对三大过敏性疾病发展的影响》

▼ 睡眠

人类肠道微生物群可以通过脑-肠道微生物群轴影响健康。

一项研究使用活动描记术量化睡眠测量,并结合肠道菌群采样,以确定肠道菌群与各种睡眠生理测量之间的相关性。测量了免疫系统生物标记物,并进行了神经行为评估,因为这些变量可能会改变睡眠和肠道菌群组成之间的关系。

总微生物组多样性睡眠效率、总睡眠时间的增正相关,睡眠越好,肠道菌群多样性越丰富,与睡眠开始后的觉醒负相关

总微生物组多样性IL-6之间存在正相关。微生物组分分析显示,拟杆菌和厚壁菌门内的丰富性睡眠效率、IL-6浓度和抽象思维正相关。研究人员也发现了几个分类群(Lachnospiraceae, Corynebacterium, Blautia)与睡眠指标呈负相关

肠道菌群多样性高有助于减轻压力,改善睡眠。

扩展阅读:

《肠道菌群与睡眠:双向调节》

《深度解析|睡眠健康与肠道健康之间的双向联系》

以上是菌群多样性与疾病的关联,了解这些我们可以有针对性地去改善菌群多样性。

05
菌群多样性越高越健康吗?

我们在实际检测中会发现有这样一种情况:

多样性指标虽然很高,但是整体看起来健康总分并不理想。甚至还有很多慢性疾病风险,这是为什么呢?

这种情况可能是核心菌群丰度不够,核心菌群在代谢、免疫等方面都发挥重要作用,一旦核心菌群丰度下降,则可能造成外源物质侵入。感染、旅行等可能会出现这种情况。

如果发现肠道菌群检测报告中多样性很低,该如何判别具体情况,这要看以下几种情况:

  • 近期是否在使用抗生素? 使用抗生素可能会造成菌群多样性大幅下降。
  • 是否存在致病菌较多的情况? 部分致病菌大量增殖的情况下,占据了其他有益菌共生菌的生存空间,菌群结构趋向单一,多样性下降。
  • 近期饮食结构是否单一? 如果大量吃面(几乎没什么配菜),或者存在挑食、偏食情况,只吃喜欢的食物等情况,可能会造成部分菌群因得不到营养饿死,菌群多样性下降。

总的来说,在一定范围内,更高的多样性通常代表饮食更加丰富多样,同时也意味着更健康的身体状况。

一个健康、有弹性的肠道微生物群依赖于高丰富性和生物多样性,也就是说,当你的肠道菌群多样性相对较高时,会更强大、更稳定

就好比你拥有一支队伍,有很多不同类型的、不同专长的人可供你使用时,整体的能力就会很强大。

前面我们已经知道,菌群多样性的各种决定因素,例如,饮食、年龄、遗传、环境等。

多样性低不代表一定有疾病,但是更容易到饮食,环境或疾病的影响,包括更易发生水土不服或更容易因饮食不洁导致腹泻等。菌群多样性低可能是肠道菌群不健康不稳定的一种表现形式。

当然,也不能过度追求菌群多样性高。

06
如何实现最佳的菌群多样性?

随着对饮食-微生物组-健康轴的理解逐渐加深,最近创造了个词叫“食品药学”,即“食品作为药物”的概念逐渐得到推广,基于个体微生物组特征的“食物疗法”的个性化得到越来越多的关注。

饮食干预引起的改变可能在几周甚至几天就会发生。对调节肠道菌群而言,饮食调节是一个非常重要且纯天然的方式。那到底该吃什么?如何吃?

我们可以从食物种类,饮食结构,饮食质量等多个角度去优化日常饮食,从而调节菌群。

✔ 食物种类:

吃足量的不同类型的纤维

膳食纤维是饮食中的重要组成部分,分为不溶性(抗发酵)或可溶性(可被肠道微生物群代谢),例如益生元纤维菊粉,在结肠中它被肠道微生物群发酵成短链脂肪酸:乙酸盐、丁酸盐、和丙酸盐。

食用膳食纤维时,各种菌群可以利用这些膳食纤维作为基质,扩大其种群,从而增加微生物组的总体多样性。

许多住在结肠和盲肠内的厌氧细菌,依赖于复杂碳水化合物的代谢来产生短链脂肪酸,短链脂肪酸是肠粘膜的重要能量来源,在宿主代谢、免疫功能和细胞增殖中发挥关键作用。

丁酸盐是肠道中一种丰富的短链脂肪酸,在结肠癌中起着复杂的作用,如最近的两项临床前研究所示,丁酸盐似乎是浓度和环境依赖性的。丁酸盐可以抑制肿瘤的发生,因为丁酸盐受体Grp109a缺乏的小鼠增加了炎症刺激或APC突变促进的肿瘤发生,并且通过Grp109a的信号传导抑制了这些刺激诱导的肿瘤发生。

▸ 富含膳食纤维的食物在哪里?

膳食纤维可以在各种水果、蔬菜、坚果、种子、豆类和谷类中找到。

吃洗过的生水果和蔬菜,这些水果和蔬菜含有环境微生物(如果难以消化生蔬菜,可以榨汁),包括益生元,以促进多样化的微生物群,不要只吃某一种蔬菜或水果。

▸ 足量的膳食纤维该吃多少?

推荐的纤维摄入量(充足摄入 克/天)

▸ 具体哪些水果蔬菜中的富含膳食纤维?

各类水果蔬菜中每标准份量膳食纤维的含量及热量

数据来源:U.S. Department of Agriculture, Agricultural Research Service. FoodData Central

吃富含多酚的果蔬

同时,水果蔬菜里面一般富含多酚,多酚可以塑造肠道细菌的组成。

Vemana Gowd, et al.,Trends in Food Science & Technology, 2019

白藜芦醇

食用白藜芦醇可减轻结肠炎小鼠模型中的炎症状态并恢复微生物群多样性

新的证据表明,红酒中的白藜芦醇能通过支持短链脂肪酸的产生来预防阿尔茨海默病 (AD),短链脂肪酸会干扰有毒的 β-淀粉样蛋白聚集体形成。在AD背景下,白藜芦醇的消耗与较高比例的有益菌有关,例如 F. prausnitziiAkkermansia 物种和具有脑抗炎特性的产丁酸盐细菌。

姜黄素

姜黄素能够部分逆转多样性的变化 肠道微生物群,增加 F/B 比并降低 Anaerotruncus 和 Helicobacter 属的丰度。

已证明,姜黄素治疗降低了在癌症患者中发现的与癌症相关的菌群丰度(例如普氏菌属、冠状杆菌属和瘤胃球菌属)。

富含多酚的食物包括:

此外,饮食中添加全麦大麦、糙米或这两种的混合物增加菌群多样性

适量吃发酵食品(含有活的菌)

发酵食品是益生菌的另一个重要来源。

2021 年 7 月的《细胞》杂志上,健康成年人被分为两组,21人食用水果、全谷物、豆类、蔬菜、坚果和种子等高纤维食品,18人食用发酵食品。

在试验前的三周、指定饮食后的10周内,以及研究结束后的四周内,当参与者想吃什么就吃什么时,从受试者身上收集粪便样本。还采集了血液样本以测量炎症和免疫功能。

结果发现食用发酵食品的人,除了增加肠道微生物群的多样性外,同时对四种免疫细胞的激活程度较低,包括IL-6在内的几种炎症蛋白水平也降低

然而,在大多数情况下,发酵食品对我们肠道微生物群的改变是暂时的,因此,持续摄入发酵食品更有利于对于维持高水平的有益菌。

▸ 发酵食物有哪些?

  • 酒精饮料,如黄酒、果酒、啤酒等;
  • 乳制品,如酸奶、干酪等;
  • 豆制品,如豆腐乳、豆豉、纳豆等;
  • 发酵蔬菜,如泡菜、酸菜等;
  • 调味品,如醋、黄酱、酱油

适量吃坚果类

坚果(尤其是核桃)对健康有益,食用坚果可以降低血脂水平。核桃如何改变菌群?

在一项随机对照试验(交叉设计)中,96名健康参与者接受了为期8周的富含核桃的饮食,然后改用无坚果饮食。第二组98名参与者按相反顺序遵循饮食模式,收集粪便样本做16S rRNA测序分析。

在α多样性方面没有发现差异,但在β多样性方面,观察到核桃和对照组的明显聚集,也就是说,他们的菌群发生明显变化

与对照饮食相比,核桃饮食仅解释了观察到的差异的5%左右。在核桃组,与对照组相比,瘤胃球菌Ruminococcaceae双歧杆菌的丰度显著增加,同时梭状芽孢杆菌属簇XIVa物种的数量减少

因此,摄入核桃可能会促进肠道微生物群向潜在的益生菌和产短链脂肪酸菌群的组成转变。核桃含有丰富的多酚和n-3 脂肪酸,这两种脂肪酸都具有益生元特性。

以上是各类食物对菌群多样性的影响。那么这些食物如何搭配在一起可以对菌群产生更好的影响?

这就涉及到日常饮食结构。

地中海饮食—— 相对健康的饮食结构

以现代地中海饮食金字塔为代表的高品质饮食,包括大量食用水果和蔬菜、豆类、坚果和全麦适量橄榄油、鱼、家禽和酒,尽可能少吃红肉、糖果和加工肉类等食品。

坚持地中海饮食与降低疾病风险改变微生物多样性有关。

地中海饮食评分与拟杆菌、普氏杆菌丰度较高正相关,与双歧杆菌/大肠杆菌的比例、粪便丙酸盐和丁酸盐浓度较高正相关

地中海饮食中存在的典型食物成分与肠道微生物群中特定菌株的存在相关。

例如,全谷物双歧杆菌、粪杆菌、 Tenericutes、Dorea的存在有关。橄榄油和红酒的食用量与Faecalibacterium的存在有关,蔬菜的食用量与Rikenellaceae, Dorea, Alistipes Ruminococcus存在有关,豆类与Coprococcus的存在有关。同一作者还观察到饮食中的多酚含量(通常在地中海饮食中较高)与特定梭菌(XIVa)和粪杆菌簇的存在之间存在相关性,这些梭菌簇能够合成丁酸,可能具有抗炎作用(如Akkermansia,也更多地与地中海饮食相关)。

doi: 10.3390/nu13010007

地中海饮食它没有指定份量大小或具体数量。由每个人根据自身情况设定每餐吃多少,大致比例参考以上金字塔。

目前认为的健康的饮食结构越来越偏向于,强调植物性食物和少吃红肉的饮食

在地中海饮食结构中,我们可以看到,这类饮食结构的特点是:水果、蔬菜、高纤维食物类占比较多

大多数研究表明,以植物为基础的饮食可以促进微生物的多样性。与杂食动物相比,纯素食者和素食者菌群具有显着更高的 α 多样性,也就是丰富度。

健康的植物性食物会影响肠道微生物的多样性和组成,包括产丁酸菌的富集,例如:

Roseburia hominis

Agathobaculum butyriciproducens

普氏粪杆菌Faecalibacterium prausnitzii

厌氧菌Anaerostipes hadrus

一些研究表明,高纤维饮食可以降低体重增加的风险。高纤维饮食随后有助于形成高度多样的微生物群。

高纤维饮食的摄入会降低饮食的能量密度,从而导致体内的短链脂肪酸促进体内更高水平的糖异生。这会导致肠促胰岛素的形成,从而使人更快、更长时间地拥有饱腹感

地中海饮食与肠道菌群生长之间的相关性

doi: 10.3390/nu13010007

此外,我们看到,地中海饮食结构中红肉类,加工肉类等是需要少吃,那么脂肪是否足够?能不能满足人体需求?

不必担心,地中海饮食中含有大量植物脂肪,这些脂肪来自橄榄油(主要是特级初榨橄榄油)和坚果,它们属于高脂肪能量密集型。

★ 地中海饮食中含有优质脂肪

榛子、 杏仁、夏威夷果、开心果、腰果等,都是单不饱和脂肪酸的重要来源。此外,核桃、碧根果和夏威夷果还富含植物性ω-3脂肪酸。核桃中的ω-3脂肪酸与ω-6脂肪酸的比例极好。

研究表明这些脂肪源健康代谢状况直接相关,对改善大脑健康、消减炎症、降低各种原因的死亡风险和预防心脏病等有明显的作用,主要归因于它们的特定脂肪成分和生物活性分子含量。

ω-3脂肪酸,在肠道微生物群中的作用,可以调节炎症反应,改善结肠炎时的上皮屏障

注:炎症反应是几种慢性非传染性退行性疾病的基础,如动脉粥样硬化、癌症、神经退行性疾病、慢性肾功能衰竭、糖尿病、男性肥胖、继发性性腺功能减退等。

地中海饮食中,除了坚果之外,鱼类、海鲜等食物都富含ω-3脂肪酸。显然优质的脂肪更有利于健康。

除了以上脂肪之外,地中海饮食中强调,“鱼和海鲜、鸡蛋、家禽类和高脂奶制品的摄入量每周几次;红肉每月只吃几次”,那么,蛋白质的量是否足够满足人体需求?

我们来看看地中海饮食中,蛋白质对菌群的影响。需要考虑多方面,比如蛋白质的数量、质量、加工方式和来源

★ 高蛋白饮食可能不利于健康,地中海饮食中蛋白比例更合适

研究表明,与正常蛋白质饮食(20% 蛋白质,56% 碳水化合物)相比,喂给 Wistar 大鼠的高蛋白饮食(45% 蛋白质,30% 碳水化合物)对结肠微生物群有不利影响

在高蛋白饮食中,链球菌、大肠杆菌/志贺菌和肠球菌分别增加了5.36倍、54.9倍和31.3倍,其丰度与与疾病发病相关的基因和代谢物(包括代谢物尸体)呈正相关,它来源于赖氨酸的脱羧作用,大量使用已被证明会引起氧化应激和DNA损伤。

有益菌在高蛋白饮食中大量减少,包括丁酸生产菌F.prausnitzii(减少3.5倍)、瘤胃球菌(减少8.04倍)和Akkermansia(在高蛋白饮食组中未检测到)。

慢性肾病下,长期低蛋白饮食更有利于改善健康。

研究表明,六个月的低蛋白饮食(0.6 g/kg/天)可以降低非透析慢性肾病患者的血清尿毒症毒素水平,包括对甲酚硫酸盐。低蛋白饮食也与肾功能改善、总胆固醇和低密度脂蛋白胆固醇降低有关。

★ 植物来源的蛋白比动物来源蛋白可能更有利于菌群和健康

在喂食大豆、猪肉、牛肉、鸡肉、鱼类和酪蛋白(后者作为对照)的大鼠中进行了为期14天的喂食试验,结果显示,到第2天,尤其是红肉(猪肉和牛肉)和白肉(鱼和鸡肉)之间的变化。主成分分析显示,在第7天和第14天有不同的微生物群,因此大豆蛋白组与肉类和对照组分开,也就说菌群特征显著变化

在另一项类似的研究中,与喂食白肉、红肉或酪蛋白的大鼠相比,大豆蛋白与大鼠粪便短链脂肪酸增加有关。大豆组拟杆菌和普氏杆菌的相对丰度也较高,它们是丙酸盐和其他短链脂肪酸的主要生产者。

另外研究发现,与接受牛奶分离蛋白的仓鼠相比,大豆喂养的仓鼠的血脂显著降低,至少部分原因是大豆蛋白引起的肠道微生物群变化。在高脂饮食制度下,大豆分离蛋白减少了高脂饮食诱导的小鼠体重增加和脂肪组织质量积累,并减轻了肝脏脂肪变性,而乳蛋白没有观察到这种情况。

荞麦蛋白抑制大肠杆菌的生长,促进乳酸杆菌、肠球菌和双歧杆菌的生长,后者与血脂密切相关。荞麦喂养的小鼠粪便中总胆汁酸和短链脂肪酸的排泄量显著增加。

绿豆蛋白在降低高脂饮食诱导的小鼠体重增加方面也优于酪蛋白。绿豆蛋白导致GLP-1分泌增加,盲肠和粪便胆汁酸池增加,次级和初级胆汁酸比率显著升高;在无菌小鼠中被消除的效应。就肠道微生物群而言,食用绿豆作为高脂肪饮食的一部分,导致了瘤胃菌科的扩张,并导致拟杆菌门分类群的增加和厚壁菌门丰度的减少

乳清蛋白提取物豌豆蛋白已被证明可以增加多样性、双歧杆菌和乳酸杆菌,其中,乳清蛋白提取物减少拟杆菌和梭菌。

以上这些研究清楚地表明,植物源性蛋白质在促进有益微生物群方面优于动物源性蛋白质,对宿主代谢具有积极影响。

蛋白质的加工(包括热加工)及其对蛋白质功能的影响(包括微生物组的调节)尚不完全清楚,需要进一步研究。

因此,在我们的饮食干预中,不能认为高蛋白饮食一定是健康的,还取决于其来源、加工方式等方面,对待“高蛋白饮食”需谨慎,尤其是在长期或反复饮食实践中。

我们可以看到,地中海饮食结构中,来源于动物蛋白只占金字塔上部(比例较小),无论是对慢病患者或者普通人群,都是一种更为安全、稳妥、健康的选择。

以上是地中海饮食结构对菌群多样性及健康的影响。那么知道吃什么,如何搭配之后,还需要注重什么?

✔ 饮食质量

同样是植物性饮食,有些高温下高油高盐等烹饪方式也会影响其营养。

多吃轻加工的植物性饮食

为了防止破坏大量维生素、矿物质和纤维,加工烹饪的时候应尽量简化。天然食物的本味,对味蕾和身体是一种滋养。

尽可能选择新鲜食材

有条件的情况下,可以尽可能选用本地的、应季的新鲜蔬果作为食材。

尽可能避免各种添加剂、加工食物

高度加工的食物,富含脂肪、精制糖、盐等,与肠道微生物多样性降低有关,对宿主健康产生负面影响。

此外,各类添加剂比如,羧甲基纤维素 (CMC) 和聚山梨醇酯 80 (P80) 这两种乳化剂会降低肠道的微生物多样性并显着改变微生物群组成。

关于食品添加剂对菌群影响详见:《你的焦虑可能与食品添加剂有关,警惕食品添加剂引起的微生物群变化》

特殊人群需注意的饮食

  • 乳糖不耐受人群

服用含有益生元的食物,乳糖不耐症的症状减轻

低聚半乳糖是益生元,通过刺激肠道中的有益细菌对人体有益。对于乳糖不耐症患者,当低聚半乳糖诱导的微生物群变化增加双歧杆菌、粪杆菌、乳酸杆菌、Roseburia等乳糖发酵物种的丰度时,它们会起到有益作用。

一项研究观察到,通过向参与者喂食高纯度低聚半乳糖(>95%),乳糖不耐受相关症状得到改善。在有反应的受试者中,观察到微生物组的组成发生了显著变化,但是,双歧杆菌、乳酸杆菌和粪杆菌,所有乳糖发酵菌均出现增加,50%的原本腹痛的受试者报告在使用低聚半乳糖治疗结束时没有腹痛。在将乳制品重新引入饮食后,喂低聚半乳糖的受试者在治疗后,乳糖耐受性的可能性也增加了六倍。

总的来说,以上这些研究强调了饮食对肠道菌群及其对人体的深远影响,具体取决于摄入的食物种类、饮食结构、饮食质量等。除了饮食之外,其他方式也能对菌群产生影响,具体如下:

选择益生菌、益生元等干预措施

益生菌

益生菌通过多种机制发挥作用,对肠道菌群的多样性产生积极影响,并改变人体的免疫反应,与改善多种慢性疾病密切相关。

研究发现,益生菌会抑制肠杆菌科(志贺氏菌和埃希氏菌)的生长,同时促进厚壁菌门的大量增殖,尤其是厌氧菌属。益生菌具有帮助从抗生素治疗中恢复个体菌群的显著能力。

益生菌可以直接作用于肠黏膜层和下层上皮,影响肠屏障功能和黏膜免疫;也可以通过调节常驻微生物种群结构或酶活性对宿主产生间接影响

益生元

益生元本质上是一种肠道菌群的肥料,可以滋养有益菌群。例如,菊粉等益生元支持双歧杆菌的平衡。

益生元通过多种方式与潜在病原体、免疫系统的直接相互作用,调节肠道环境,从而有利于人体健康。

关于益生菌、益生元这部分内容由于在前面的文章中多次提到,此处就不详述了,详见:

《如何调节肠道菌群?常见天然物质、益生菌、益生元的介绍》

《益生菌的靶向递送:研究和商业化前景》

《益生菌的简单入门指南》

补充维生素、微量元素

补充维生素D可显着增加肠道微生物多样性。具体而言,拟杆菌/厚壁菌的比例增加,益生菌类Akkermansia和双歧杆菌的丰度增加。拟杆菌属和普氏杆菌属显著变化,表明补充后肠型发生了变化。

详见:《维生素D与肠道菌群的互作》

缺铁可能导致微生物群组成的显著重组,微生物多样性降低。

详见:《人与菌对铁的竞争吸收 | 塑造并控制肠道潜在病原菌的生长》

多接触大自然

如果从婴儿时期开始,住在农村或者养宠物,可能对儿童菌群多样性的建立比较有益。

另外,多去户外活动,亲近大自然

一项研究对城市环境生物多样性进行人为干预试验,以检测其对儿童共生菌群和免疫调节的影响。在为期28天的生物多样性干预期间,对标准城市托儿所和自然托儿所的儿童进行对比分析,研究儿童皮肤和肠道微生物群以及血液免疫标记物的变化。

干预使环境和皮肤Gammaproteobacteria群落多样化,这反过来又与血浆TGF-β1水平和调节性T细胞比例的增加有关。

该研究发现,生物多样性干预增强了免疫调节途径降低城市社会中免疫介导疾病的风险

这可能为未来的预防方法提供了很大的参考价值。

写在最后
跟任何生态系统一样,我们的肠道菌群处于一种微妙的平衡。在不断变化的环境中,我们永远不知道自己会遇到什么新的威胁。
肠道菌群多样性高,能使整体菌群更有能力去抵抗外界的干扰,例如压力,抗生素药物等。
当然,对于“菌群多样性”这个指标,我们也应该理性看待,多样性出现异常高,如果是各类致病菌大量定植,核心菌群难以生存,那么也不利于健康…
肠道菌群检测报告可以帮助我们从更多角度去看待肠道菌群的整体状况,利用机器学习等最新技术,发现潜在的疾病风险,反映不同营养物质摄入比例,应该多吃什么、尽量少吃什么…
每个人对于要达到健康这个目的,可能有不同的路径,饮食需求不能一概而论,“个性化饮食建议”可以成为我们的健康指向标。我们可以利用好它,结合自身健康状态,有针对性地做出饮食或其他干预措施,从而达到更接近理想的健康状态。

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微生物群在婴儿健康中的作用:从早期到成年

谷禾健康

生命早期到成年微生物群对婴儿的健康起着至关重要的作用。生命早期的微生物群不仅是婴儿健康的键调节剂,而且与长期健康有关怀孕到生命早期是婴儿微生物群建立的黄金时期,受环境和遗传因素的影响。

最近,关于微生物群在人类疾病中作用的 研究呈爆炸式增长,但在疾病或健康方面的应用相对有限,因为人类微生物群的许多方面仍然存在争议,尤其是婴儿微生物群

在怀孕期间,母体微生物群会影响胎儿的发育,尤其是大脑发育,如子宫微生物群、阴道微生物群、胃肠道微生物群、胎盘微生物群(有争议的)和口腔微生物群。值得注意的是,母体微生物群的紊乱会导致不良妊娠结局,严重威胁后代的健康。出生后,受环境和遗传因素影响的婴儿微生物群迅速建立,以确保健康成长

01 孕期母体微生物群和后代

孕期母体微生物群

以前,胎儿宫内感染的罪魁祸首被认为是来自阴道的微生物,如细菌、病毒和真菌。然而,随着科学技术的发展,人们发现口腔和肠道微生物群也与胎儿的健康有关,因为这些部位的微生物群可以通过血液传播

在怀孕期间,母亲的肠道、口腔和阴道微生物群都会发生变化。这些变化相关的各种因素,包括饮食,抗生素的使用,感染,应激和宿主基因(下图)。

影响母婴微生物群的因素以及微生物群调节的机会窗口

Yao Y, et al. Front Immunol. 2021

研究已经揭示健康孕妇阴道微生物群的稳定性高于健康非孕妇,乳酸菌是健康孕妇阴道微生物群的主要成分。传统上,子宫被认为是无菌的,但这个概念直到最近几年才被打破。子宫内膜有自己的微生物群,尽管这些微生物群的生物量比较低。遗憾的是,目前对子宫内膜微生物群的了解有限,其在胎儿发育和妊娠结局中的作用仍有待充分阐明。

新出现的证据表明,孕妇肠道菌群的丰富度和均一性与正常女性没有显着差异,但分布和组成发生了明显变化。此外,患有妊娠并发症的孕妇肠道微生物群的多样性降低,这对母亲和胎儿的健康都是不利的。例如,妊娠期慢性高血压大鼠的肠道微生物重塑受损。先兆子痫孕妇肠道微生物群中产生短链脂肪酸的粪球菌的丰度降低

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