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谷禾健康
营养对于身体健康和疾病预防的重要性已得到充分证实，全球膳食指南建议也得到了明确定义，以指导有效的政策。然而，吃什么、何时吃以及如何保持健康地优化饮食模式实际上非常复杂。
许多因素会影响饮食模式，包括个人的生理需求、疾病或健康状况、社会环境和文化因素，以及对饮食干预的生物、生理和社会心理反应，都需要考虑。
各种饮食可以带来积极的健康结果，但到底哪种饮食最适合个人以及这种饮食在整个生命周期中如何变化，是目前许多研究人员及临床医生迫切想要了解的。
如今“精准营养”快速发展，它强调使用个人化信息来制定针对某一特定群体的营养建议和饮食计划。其主要目标之一是提供量身定制的饮食建议以及预期的个性化反应。虽然越来越多的证据支持精准医学对于最佳个人健康和慢性病管理的需求，但“个性化”或“精准”营养干预要进行推广还需要一些路要走。
美国国立卫生研究院 (NIH) 国家心肺血液研究所(NHLBI)于2021年1月11日至12日召开了为期两天与会者讨论了四大慢性疾病领域的精准营养：1）心血管疾病，2）认知能力下降和阿尔茨海默氏病，3）2型糖尿病和血糖调节受损，以及4）与饮食相关的癌症。会议也着重阐述了对旨在影响健康和疾病的饮食调节的显著的个体差异。这突显了国际研究对于个性化营养在慢性疾病中的作用的重视。
饮食是慢性病风险的主要驱动因素，基于人群的指导应考虑个人反应。通过饮食减少慢性病需要更精确地：
(a)确定整个生命周期中健康和疾病的基本营养需求；
(b) 考虑营养素和其他食品物质对支持健康衰老的代谢、免疫、炎症和其他生理反应的影响；
(c) 考虑健康的饮食行为。
既然是精准营养，那么应该是人口亚群，而不是整个人口，可能以相似的方式对某种饮食或食物成分摄入或接触做出相似的反应，通过这种反应规律我们能给出比大人群层面更具体，更有针对性或有效解决某个反应指标的建议，这种建议是基于小且特定慢病人口亚群的遗传特征、代谢状态、生活方式、疾病状态或指标、括肠道微生态等。
本文主要讨论和阐述通过精准营养降低慢性病风险的可能性和挑战，一些可以作为慢性病精准营养的生物标志物以及减少慢性病的营养考虑因素。希望有助于精准营养这一领域更好地发展。
精准营养(个性化营养)是根据遗传特征、生活方式、健康状况、代谢特点、微生物组成等因素来定制针对特定群体的饮食建议和营养计划的一种方法。
★ 每个人的营养需求是独特的
研究认为，由于每个人的生物学特性和环境暴露都是独一无二的，因此营养需求也是个性化的。
个性化营养的目标是为每个人提供最适合其个体化需求的营养建议，从而促进健康、预防疾病、改善生活质量。
在实现长期生活方式改变方面，个性化营养建议比传统的方法更有效。这可能是由于精准营养更进一步，它假设我们可以提供已知对个人有益的个人饮食建议，基于对个体、表型和食物消费之间关系的定量理解。
★ 个性化营养需要考虑的点
个性化饮食方案或个性化营养需要考虑三个方面：1）个性化的水平；2）个性化的重点；3）个性化的范围。
个性化营养的水平
个性化的水平有三层。在第一层或底层，我们找到了基于按年龄和性别划分的人群的一般准则的传统营养建议。这与营养科学传统上关注人群对某种饮食或营养素的平均反应相一致，可以被视为一级预防干预措施。
在第二个层面上，我们通过添加有关个人营养状况的表型信息(例如生化和人体测量数据)来添加个性化层。
在第三个层面，我们的目标是达到个性化(或精准)营养的水平，该水平考虑了多个方面，例如基因型、肠道微生物群或代谢组。与药物类似，营养素能够与生物体生理功能相互作用并调节分子机制，因此有可能帮助制定个性化的饮食建议。
个性化营养的重点
个性化营养的重点：生物学或行为。在精准医学中，我们的目标是根据遗传、表观遗传和肠道微生物等特征等了解对饮食和营养素的差异反应。这种程度的生物学理解也可以指导营养建议。
例如，更好地了解特定营养素和非营养成分在遇到特定肠道细菌菌株时如何以及哪些特定营养素和非营养成分可能诱发肠道炎症反应，可能是炎症性肠病个人建议的关键。然而，改变饮食模式应包括对当前行为、偏好、障碍和目标进行彻底评估。
个性化营养的范围
个性化营养的最后一个方面是它的范围。除了不同程度的个性化之外，其范围可以是解决公共卫生保健和疾病预防方面的新问题，也可以旨在支持患者的治疗。
Wellens J,et al.Pharmgenomics Pers Med.2023
纵观人类历史，食物塑造了人体基因组，以便在多种环境背景下生存和人口扩张。在许多人的食物生态系统不断变化且越来越不适应的背景下，导致了现代慢性病发病风险的变化。
✦ 食物供应和成分会影响人类遗传和表型
食物供应和食物成分是导致现代人类遗传和表型变异的主要环境选择压力之一。基因组通过遗传选择和随机漂移等过程进化，这些过程可以改变饮食与疾病的关系。
并非基因组中的所有基因都以相同的速度进化。在人类和其他物种中高度保守的基因通常编码具有维持生命的基本功能且基本上不受外部环境影响的蛋白质。
相比之下，快速进化的基因在不同人群中表现出DNA一级序列的变异，从而改变生理功能并导致人类遗传和表型变异。这种适应性基因历来允许在特定的环境中生存。
✦ 对食物环境变化的适应不良产生疾病基因
因此，涉及食物、营养、新陈代谢以及免疫功能的基因表现出一些最高的基因进化率并因此出现遗传和表型变异也就不足为奇了，因为随着时间的推移生存和扩张的人类群体必须适应当地独特的食物和致病环境。这些适应使人们能够在所处区域环境下生存，但当环境发生变化时，包括从狩猎采集社会向农业社会转变导致的食物环境变化，可能会出现适应不良，从而产生疾病等位基因。
饥荒是人类历史上的常见现象和选择压力，它以维持物种所需最低剂量的必需营养素优化了生物功能。通过细胞与营养环境的相互作用，在人类和其他哺乳动物中观察到这种选择压力的影响，其中必需营养素与酶和转运蛋白(Km、Kt)的结合亲和力在人类中(通常在哺乳动物中)高度相似并以维持生理功能的要求变化最小的方式保存下来。
✦ 食物过剩导致了慢性病发病率上升
因此，在维持基本营养充足性的基础上推导膳食参考摄入量(DRI)时，对准确性的需求更为迫切，因为建立群体亚群的需求仅限于整个生命周期生理需求的差异，而不是健康人群中独立于生命周期影响(如遗传学)的生理变化。
也有一些例外，例如常见的亚甲基四氢叶酸还原酶突变体(MTHFR C677T)对辅因子结合的影响，导致维持充足性所需的叶酸更高。
然而，我们生活的环境已经从饥荒转变为食物过剩，从解决营养缺乏症转变为解决与饮食相关的慢性病发病率上升的问题，所有这些都是在食品供应全球化的背景下进行的。
我们越来越认识到饮食与疾病关系中存在有意义的异质性，因此有必要建立饮食建议的新方法，包括识别和分类亚组的新方法（即提高精度）。
预防营养缺乏和随后的营养缺乏相关疾病以及维持生理功能是营养素和其他食物物质(即能量、纤维、宏量和微量营养素)摄入量建议的目标。
✦ 膳食参考摄入量框架的提出
20世纪90年代末，制定了一套涵盖营养不足和营养过剩风险的建议，广泛称为膳食参考摄入量(DRI)表，如下所示:
Bailey RL,et al.Annu Rev Nutr.2023
✦ 人群中必需营养素的需求存在差异
DRI框架首先引入了精确指导的概念，承认有限数量的人群亚组中必需营养素的剂量反应关系存在差异。
鉴于与减少慢性疾病相比，预防营养缺乏和毒性状态所需的精确度较低，因此在建立基于保持特定亚组充足性的DRI时，只需要考虑有限数量的人口亚组，这符合人类自然历史。这是因为健康人群中的大多数个体往往对必需营养素暴露有类似的反应，并且因为营养素暴露是缺乏性疾病的单一根本原因，并且在健康人群中的相似时间过程中在整个人群中表现出特定症状。
例如，仅缺乏维生素C的饮食会导致坏血病的早期非特异性症状，例如大约4周内的疲劳，并在8至12周之间开始出现更具体的严重症状，包括包括瘀点和螺旋状毛发。
过高剂量可能导致毒性反应
同样，高剂量的毒性反应通常会导致人群出现相似的特征；例如超生理性摄入锌会导致胃肠道症状和疲劳，进而可能引发铜缺乏症。
采用总体、精确和个性化方法的膳食参考摄入量
Bailey RL,et al.Annu Rev Nutr.2023
✦ 整体饮食模式的分析
虽然DRI框架特别关注饮食中的其他食品物质，但美国人饮食指南(DGA)自1980年以来就提供了基于食品和饮料的建议，早期强调特定食物组，最近已转向整体饮食模式。
DGA旨在提供一套基于证据的饮食建议，以“帮助促进健康和预防慢性病”。基于食物的方法，特别是饮食模式研究，扩大了DGA的范围，并在此过程中代表了“饮食中不同食物、饮料和营养素的数量、比例、种类或组合，以及其频率”。它们被习惯性地消费”。
饮食模式可以通过多种方式得出；所有方法都可以分为独立的或依赖于特定健康结果的方法。结果依赖方法将感兴趣的结果或中间生物标志物纳入用于推导模式的模型中；示例包括降序回归和分类以及回归树分析。
尽管这些方法可用于检查饮食与特定结果之间的关系，但大多数营养研究人员使用与感兴趣的结果无关的方法来描述一般饮食质量。
开发与结果无关的饮食模式的方法有两大类：数据驱动的技术，例如因子分析或聚类分析，强调数据缩减技术或根据报告的饮食摄入量对个体进行聚类；以及基于索引的方法，它们是基于饮食指南或建议的先验模式。通过数据驱动的方法对饮食模式进行分类可能会导致研究人员在推导饮食模式时做出多种主观决定，从而使不同群体或人群中模式的比较复杂化，并降低其在定义基于食物的模式的研究中的效用。
然而，因子分析和聚类分析都是有用的数据缩减技术，可以确定复杂数据集中的基础结构，就像饮食暴露的情况一样。指数和分数的使用本质上创建了一张报告卡，说明饮食在多大程度上符合预定义的准则。虽然评分标准的制定方式存在主观性，但该方法提供了一个标准化框架来比较不同研究。
整体饮食模式和疾病风险之间存在关联
为此，2015年美国人膳食指南咨询委员会在系统审查的基础上，得出的结论是，指数和分数是捕捉饮食模式和整个饮食复杂性的首选方法。
存在各种指标和分数例如健康饮食指数、地中海饮食评分，以及控制高血压的饮食方法(DASH)得分。
使用该框架，2020年得出结论，存在强有力的证据表明较高质量的饮食模式与较低的全因死亡率风险相关和心血管疾病并且存在与2型糖尿病相关的饮食模式的适度证据、骨骼健康、超重和肥胖，以及成人结直肠癌和乳腺癌。
✦ 特殊的生命阶段具有独特的营养需求
最近采用生命阶段方法来评估现有的科学证据，包括所有生命阶段，并特别强调怀孕和哺乳期间以及婴儿和幼儿(出生至24个月)期间的独特营养需求。
除了建议遵循的食物模式外，还首次确定了与公共健康相关的特定生命阶段的其他食品物质以及所有生命阶段的公共健康问题，包括饮食暴露、生物终点或疾病患病率或经过验证的疾病替代标志物。
因此，虽然一些膳食指南是通用的，但人们认识到需要根据生命阶段向人群扩大具体建议——这代表了第一个超越DRI的、基于生命阶段针对特定群体的公共卫生营养方法。
DGA还认识到，存在多种潜在的饮食模式可实现类似的健康结果，例如地中海饮食或素食模式可预防心血管疾病。DGA审查并纳入的饮食模式并不代表膳食补充剂的使用，大大低估了使用膳食补充剂的一半成人和三分之一儿童的营养暴露量。
因此，开发了总营养指数，除了食品和饮料中的营养暴露之外，还包括补充剂中的营养暴露，与基于食品和饮料的指数结合使用，以提高暴露分类的全面性。
心血管疾病、糖尿病、癌症和关节炎等慢性疾病是全球范围内发病和死亡的重要原因，其患病率在所有年龄组、性别和种族中都在稳步上升。
★ 精准营养在预防和管理慢性病中起重要作用
越来越多的证据表明，精准营养在慢性病的预防和管理中发挥着至关重要的作用，被认为是未来十年健康研究的重点领域。
尽管如此，精准营养的主要挑战之一在于准确可靠地评估食物和营养素，特别是复杂食物和大分子。此外，需要确定这些食物和营养素如何影响个人的健康和疾病状况。
令人鼓舞的是，强有力的证据支持使用生物标志物作为中介工具，有效地建立精准营养和慢性疾病之间的联系。这种联系有助于客观评估食物消耗，并精确确定复杂食物和成分的生物效应。
尽管取得了这些进步，但我们目前对精准营养如何调节生物标志物以预防具有个体差异的慢性疾病的理解仍处于起步阶段。关键生物标志物参与慢性疾病的分子机制仍未得到充分阐明，需要进行全面和广泛的研究工作来弥补这一知识差距。
✦ 多种慢性疾病具有潜在的生物标志物
研究已确定了多种慢性疾病的新型潜在生物标志物。其中，单一物质作为生物标志物，如用于冠心病的25-羟基维生素D、用于非酒精性脂肪肝的视黄醇、2型糖尿病的荧光晚期糖基化终产物和用于烟雾病的支链氨基酸。
不同物质的比例也可作为生物标志物
此外，不同物质的比例已被提议作为生物标志物。发现肌酸与半胱氨酸蛋白酶抑制剂C(Cr/CysC)比值和白蛋白与球蛋白比值可以分别作为慢性肾病和泌尿系癌症预后的非侵入性生物标志物。
值得注意的是，研究发现Cr/CysC比率也可能是骨质疏松症的潜在生物标志物。此外，确定老年营养风险指数是老年高血压患者中风的潜在标志物。
研究还发现磷与白蛋白结合的水平可以作为全因死亡率和心血管死亡率的潜在标志。而与脱铁性贫血相关的差异表达基因可以作为新的生物标志物用于识别缺血性中风和指导治疗干预。
这些发现的生物标志物为相关慢性病的预防和管理提供了重要的理论基础，也有助于了解各种慢性病的发病机制。
✦ 一些膳食因子可以改善慢性疾病
研究表明，膳食中补充花青素、谷氨酰胺、维生素K和脂肪酸等功能因子，可以分别缓解心力衰竭、高盐高血压、血管钙化和骨矿物质损失。
控制功能性膳食因子的摄入量非常重要
然而，重要的是要谨慎控制饮食功能因子的剂量，例如过量摄入脂肪酸会导致代谢性疾病。
一些食物对各种慢性疾病存在积极影响。例如，膳食水果摄入可改善功能性便秘；以植物为基础的饮食可以用来控制代谢综合征；特定的口服营养补充剂(ONS)来解决炎症/氧化问题；藏红花缓解心血管疾病。
值得注意的是，还观察到益生菌补充剂与特定口服营养补充剂(ONS)对炎症/氧化的协同抵抗作用。
此外，联合训练，包括阻力训练和高强度间歇训练或中等强度连续训练，对非酒精性脂肪肝的治疗是有益的。除了这些预防或治疗慢性病的饮食策略外，饮食模式也会导致一些慢性疾病的发生，例如高盐饮食会加剧肠道衰老过程。
这些膳食功能因素和复合食品为慢性病的治疗提供了有效的预防措施。然而，负责调节这些生物标志物的具体机制尚未得到彻底探索，突显了该领域进一步研究的必要性。
微生物群多样性与改善脂质谱、抗炎细胞因子、肝酶以及最终的遗传途径有关，所有这些都是改善健康的代谢指标。
✦ 肠道微生物群影响宿主的新陈代谢
异常的肠道菌群和每日进食/禁食周期都会影响宿主的新陈代谢，并可能导致肥胖等代谢疾病的出现。研究发现，饮食和禁食周期会导致肠道微生物组发生周期性变化，从而充当控制宿主代谢的机制。
这些差异增加了肠道微生物群的多样性。因此，在确定微生物组对宿主生理和代谢的贡献时，进食模式、时间以及膳食的成分是需要考虑的重要特征。
肠脑之间的联系对于确定膳食量非常重要
肠道和大脑之间的沟通对于确定膳食的适当份量并向大脑发送信号以控制饥饿感和饱腹感至关重要。机械敏感性胃迷走神经传入(GVAs)在营养成分和化学途径方面表现出对食物相关刺激的昼夜节律性。这使得饱腹感信号可以通过肠脑交流在一天中的特定时间发生。
因此，GVA轴缺乏昼夜节律可能会导致食欲亢进和肥胖的增加。最近对动物和人类的研究表明，肥胖的出现与微生物群多样性降低、肠道微生物群活性改变和微生物群丰度分散相关，特别是拟杆菌门和厚壁菌门这两个门。当拟杆菌被允许留在肠道中时，它们会继续与宿主保持动态且在很大程度上是有益的关系。
✦ 肠道微生物群失调与慢性疾病相关
肠道微生物群失调是多种人类疾病出现的介质。研究表明，肥胖、动脉粥样硬化、神经系统疾病和糖尿病等代谢性疾病和炎症性疾病的患病率与拟杆菌的数量呈反比关系。
同样，拟杆菌被发现与低密度脂蛋白(LDL)和甘油三酯(TG)水平呈负相关，并且这两种细菌都表现出抗肥胖反应。在类似的模式中，小鼠体重的下降与细菌属成员的增加密切相关。
✦ 肠道微生物对人体产生的有益影响
肠道微生物群是影响时间生物学、代谢传感器、炎症细胞因子、神经功能和免疫系统的”物质工厂”。
肠道微生物消耗膳食中的营养物质来产生能量和代谢物。许多这些代谢物随后进入循环，在那里它们可能会经历额外的代谢并改变宿主的代谢和营养状况。
肠道微生物群对人体具有有益的作用。主要好处是它在维持粘膜屏障完整性方面的作用；由难以消化的纤维产生的短链脂肪酸对宿主有利的作用，包括对抗肥胖和糖尿病的活动；此外肠道微生物可以合成必需维生素，包括维生素K、烟酸、核黄素、吡哆醇、泛酸和硫胺素，以防止感染病原体；增强免疫系统；调节昼夜节律；以及身体的神经功能。
✦ 肠道菌群产生的代谢物影响宿主免疫、代谢
肠道微生物产生的许多代谢物进入血液，可以立即发挥作用，也可以通过宿主进行额外的代谢，产生可能影响宿主代谢和组织功能的生物活性化学物质。
除了促进脂肪吸收外，次级胆汁酸还会被重新吸收到血液中，作为宿主细胞法尼醇X受体(FXR)和TGR5胆汁酸受体的配体，对免疫功能和能量代谢等产生影响。
同样，由细菌产生的短链脂肪酸，如乙酸盐、丁酸盐和丙酸盐，不仅是肝脏和肠上皮的重要能量来源，而且还能够改变胰岛素分泌、免疫系统活动、食欲、大脑功能和脂肪脂肪。
这些短链脂肪酸影响身体的免疫、激素和神经系统，因为它们参与细胞因子、神经递质、内分泌信号和细胞凋亡过程的产生。
✦ 一些细菌代谢物对宿主是有害的
同时需要注意的是，一些细菌代谢物对宿主代谢的影响有时可能是有害的。
细菌从膳食蛋白质中产生的N-亚硝基化合物、氨和硫化氢会产生活性氧(ROS)并在DNA损伤中沉淀。
这些化合物还可以激活促炎途径。膳食胆碱的最终产物三甲胺-N-氧化物(TMAO)会促进动脉粥样硬化的发展，并与心血管疾病(CVD)、中风和死亡率相关。
因此，肠道微生物群落的这些改变有可能在2型糖尿病、体重增加、心血管疾病和代谢综合征等慢性疾病的出现中发挥作用。
✦ 许多人患有慢性病
如今，大多数人患有一种或多种慢性疾病以及药物使用等相关因素可能会改变营养需求，导致营养缺乏和继发性合并症。
超过一半的人存在超重或肥胖，并且过去二十年来严重肥胖的患病率有所增加。超重和肥胖率高是一个重要的公共卫生问题，其还会增加患心脏代谢疾病和某些类型癌症的风险。
✦ 疾病会影响营养吸收、分配造成需求差异
众所周知，疾病过程会影响组织之间的营养吸收、分解代谢和营养分配，可能导致维持某些关键营养充足的需求差异。
术语“特殊营养需求”是指在疾病状态下维持充足性所需的营养需求。慢性病、遗传性疾病，包括先天性代谢错误、炎症、饮食不耐受、药物、过敏、创伤和感染等病理状态，可以改变基本营养需求的缺乏和毒性。
目前，在医学营养治疗中考虑了其他食品物质的这些差异性要求，这是一种更个性化的指导，目前超出了DRI的范围。
开发旨在减少慢性病的DRI的生物学基础并不支持将基于营养和食物的建议限制于表面健康的个体，因为对于疾病何时开始没有明确的诊断标准。慢性疾病在整个生命周期中发生和显现，与衰老以及许多静态和动态因素以及环境暴露(包括食物)密切相关。
生物系统的逐渐衰退是衰老和慢性疾病进展的标志，这些疾病从生命的最初阶段就开始了。生物网络和系统衰退导致功能侵蚀或随机行为增加，导致网络输出和系统行为的可变性/稳定性增加，从而与健康不相容。
例如，在分子水平上，这可以通过人类基因组表观遗传景观的侵蚀导致基因表达模式和网络功能的改变来量化。和血浆代谢物与年龄相关的变化，其中一些是营养状况的生物标志物，以及氧化还原电位的变化。
✦ 生活方式影响慢性疾病的发生和进展
许多生活方式、环境和内在生理危险因素都会影响生物衰老的速度以及慢性疾病的发生和进展，包括某些癌症、2型糖尿病、心脏代谢和神经退行性疾病等。
家族史（即遗传学）是寿命的主要不可改变的预测因素。慢性疾病是在人类发育的最早阶段通过基因组突变和干细胞表观遗传编程等机制引发的。在这方面，营养需求可以被视为一种动态对策，以减缓或维持与年龄相关的促进健康所需的生物系统和网络功能能力的下降，而这正是精准营养努力可能最有益的地方。
基于人群的减少生物衰老的方法需要将营养暴露、状态和功能的生物标志物与疾病和衰老的生物标志物更好地联系起来。
2017年，开发了一个框架，正式将慢性病风险降低价值观纳入DRI。这一变化强调了饮食指导的转变，除了避免不足之外，还转向促进健康和降低慢性病风险。
这种通过饮食降低慢性病风险的范式转变及其基本原理已在其他地方发表。与缺乏症不同，大多数慢性疾病会随着时间的推移而显现出来，并且是由衰老过程以及行为和生活方式因素的累积影响造成的。
✦ 减少慢性病需要考虑多个因素的相互作用
如上所述，建立减少慢性病的食物和营养摄入建议需要考虑多个独立和相互作用的因素。这些额外的生物因素增加了饮食与疾病关系中的人群异质性，进一步推动了对饮食建议更加精确的需求。
实施精确营养需要知识和工具(如生物标志物)，这些知识和工具可以量化暴露(如饮食/营养、生活方式、环境因素、锻炼)与对健康和疾病(如基因组完整性、血压、认知)的生理反应(如代谢、压力、免疫)并将其联系起来。
值得注意的是，暴露和生理反应之间的联系是通过反馈循环相互影响的(例如，饮食可以影响炎症，进而影响饮食需求)，并且生理反应与健康、疾病和衰老是相互影响的。
饮食与慢性病关系的原因和调节因素包括但远远超出必需营养素在维持代谢和其他功能中所发挥的作用。其他食品物质可以通过：
(a)必需营养素缺乏和过量的继发致病作用来影响慢性疾病的发作和进展；
(b) 必需营养素摄入不平衡的致病作用；
(c) 氧化应激、免疫反应和接触特定食物成分的其他反应的致病作用；
(d) 在没有必要性或毒性的情况下摄入影响慢性疾病的非必需生物活性食物成分；
(e) 饮食行为，包括时间饮食模式，也称为时间营养。
由必需营养素缺乏和毒性引起的疾病已得到临床认可和充分表征并且历史上在建立DRI（膳食参考摄入量）的过程中一直被考虑，重点是维持营养充足和生理功能。
当DRI（膳食参考摄入量）扩展到包括降低慢性病风险时，必须考虑营养物质在其已知功能作用之外的其他生理反应。饮食与慢性病的关系超越了生理功能，延伸到对饮食成分的免疫和应激反应，这些反应可以降低或增加疾病风险。
✦ 必需营养素的缺乏会引起炎症
必需营养素的缺乏和过量都会引起炎症，某些营养素的升高会改变生理过程，从而增加或降低慢性疾病的风险但不引起毒性。
例如，在动物模型中，镁缺乏会刺激氧化应激和吞噬细胞分泌促炎介质，导致慢性炎症。在人群中，膳食镁摄入量与心脏代谢疾病、代谢综合征、结直肠癌以及血清或血浆C反应蛋白(CRP)呈负相关。注：CRP是炎症的生物标志物，是许多慢性疾病的危险因素。趋化因子和CRP等炎症介质可作为生物标志物，报告衰老、运动、营养和慢性疾病，包括动脉粥样硬化、糖尿病、肥胖、肌肉减少症和阿尔茨海默病。
同样，亚临床维生素C不足与炎症、血浆C反应蛋白水平升高和免疫功能下降有关。
✦ 适当补充营养素水平可以降低炎症水平
另一方面，在不缺乏营养的情况下，大量摄入必需营养素可能会降低患有慢性疾病的人的炎症。补充维生素D可能会降低超重和肥胖儿童的血液CRP水平并改善小儿肠道综合征的炎症标志物。
叶酸和维生素B12缺乏已被证明会加剧与疾病和感染相关的炎症，而叶酸补充剂已被证明可以降低CRP血液水平。
总的来说，目前对必需营养素缺乏或过量在氧化应激和炎症中的作用的理解还是不够。需要进一步发展营养与慢性疾病关系的基础知识以及开展更多人体临床试验来验证特定营养素与慢病干预之间的关系。近年来，许多医院开设了临床营养科推进转化营养干预在疾病治疗和康复进程。
慢性疾病发生和进展的多因素病因学的特点是内在生物系统和外在环境因素(包括必需营养素)之间的相互作用，这些因素影响对维持健康至关重要的生理功能。
✦ 营养状况的不平衡会加速或加剧慢性疾病
事实上，所有代谢、信号传导和其他生理网络都涉及多种必需营养素之间的相互作用，同一系统中营养素之间营养状况的不平衡与加速或加剧慢性疾病有关。
钠/钾的平衡与血压以及心血管等疾病的风险相关
钠、钾和氯作为电解质发挥着重要作用，可调节细胞内的液体平衡，并在维持血压方面发挥关键作用。尿液中钾/钠比例的失衡反映了饮食暴露，并与成人高血压和心血管疾病的风险增加以及早产儿的发病率有关。
虽然一些人的饮食钠摄入量与血压之间没有关联，但一些人群亚组被认为对盐敏感，并且根据年龄、性别和血统，以及肾功能受损、肥胖和现有高血压的人群，更有可能对较高的钠对血压产生负向反应。
叶酸与维生素B12不平衡会致病
钠与钾的膳食比例对于高血压的影响至关重要。其他矿物质以及与饮食模式的相互作用也与健康相关。
B族维生素叶酸和维生素B12的状态不平衡及其相互作用可能会致病。叶酸介导的一碳代谢是合成核苷酸前体和将同型半胱氨酸重新甲基化为蛋氨酸所必需的代谢网络，支持100多种细胞甲基化反应。
该网络需要许多必需的微量营养素，包括维生素B12、维生素B6、叶酸、烟酸和核黄素。维生素B12缺乏情况下叶酸状态升高与单独维生素B12缺乏的神经、代谢和临床表现的恶化有关。这些潜在的有害相互作用引起了人们对叶酸摄入过量的担忧。
这些例子强调，需要考虑并推荐人群中的营养状况范围，通过优化给定生物网络中的营养素相互作用来促进健康，从而预防慢性病，为我们提供更精确指导的能力。
食物不耐受和食物过敏是对食物的免疫不良反应。它们是常见的慢性炎症性疾病，其患病率正在增加，影响生活质量，并且与其他慢性病的较高风险相关。
据估计，高达20%的人表现出胃肠道食物不耐受。
✦ 食物不耐受会增加胃肠道疾病风险
食物不耐受的原因有很多，包括：(a)饮食成分的药理学作用，例如短链可发酵碳水化合物，也称为可发酵寡糖、二糖、单糖和多元醇 (FODMAP)；(b) 非免疫性麸质敏感性；(c)酶和运输缺陷。它们通常通过排除饮食来管理。
食物不良反应最常见的临床表现是肠易激综合症，它会增加胃肠道癌症的风险，但食物不良反应也会对皮肤、呼吸、神经和心血管系统产生负面影响。并增加患乳腺癌的风险。
✦ 不同的食物抗原会引起独特的免疫反应
食物过敏与其他形式的食物不耐受不同，有时相同的饮食成分可能引发多种不耐受机制。当免疫球蛋白E(IgE)介导的针对特定食物成分中存在的抗原表位的免疫反应时，就会发生食物过敏。
其他食物抗原也可以介导免疫和炎症反应。数据揭示了IgG抗体对患者食物中存在的表位的反应性增加，最常见的反应性食物是酪蛋白、牛奶、小麦、麦醇溶蛋白、蛋清和大米；不太常见的是对坚果、蔬菜、鱼类、海鲜和肉制品的反应。
对麸质中的麦醇溶蛋白敏感导致乳糜泻
例如，乳糜泻是一种与遗传相关的自身免疫性肠病，它使个体对某些谷物中存在的麸质中的麦醇溶蛋白和麦谷蛋白敏感，从而导致炎症反应。它出现在大约1%的人口中。
另一方面，麸质不耐受更为常见，影响高达6%的人口，总体而言，非乳糜泻小麦敏感可能影响 10% 的人。麸质不耐受与遗传无关，也不会引发过敏反应，但由于麸质成分激活先天免疫系统和多种炎症途径，它可能会出现与乳糜泻类似的症状。
✦ 食物成分引起的不良反应还会对肠道微生物产生负面影响
对食物和食物成分还有多种其他不良反应，它们独立于免疫参与，并通过许多不同的已知和未知机制表现出来，它们被分为依赖宿主或独立于宿主。
最常见的临床表现包括荨麻疹或血管性水肿，但也包括哮喘、胃肠道症状、低血压、头痛和湿疹。非免疫性、不依赖宿主的食物不耐受涉及食物中具有药理活性的化学物质，这些化学物质会影响致敏个体，包括水杨酸盐、血管活性胺(如组胺)、谷氨酸盐和咖啡因，但其病因和管理仍然难以捉摸。
非免疫性、宿主依赖性食物不耐受通常包括缺乏宿主代谢能力，如乳糖和果糖不耐受以及对某些食物(包括FODMAP)的非特异性反应。这些化合物在胃肠道中引起渗透作用，促进结肠细菌的不良发酵，并可对微生物群的组成产生负面影响，引发炎症，并诱发肠易激综合征症状。
✦ 摄入生物活性膳食成分可以降低慢性病风险
摄入非必需生物活性膳食成分（也称外源性成分）有可能降低慢性病风险，因此可以在建立DRI的过程中进行评估。
类胡萝卜素与眼睛健康有关
其中包括非维生素原A类胡萝卜素、叶黄素和玉米黄质素等生物活性物质，它们与眼睛健康和眼睛发育有关。
类黄酮与多酚具有抗氧化活性
类黄酮和其他多酚具有抗氧化和转录激活活性，并与保护多种慢性病有关，以及潜在的半必需营养素，例如omega-3脂肪酸。
ω-3的摄入与多种疾病存在关联
omega-3脂肪酸的摄入量与心血管疾病风险、认知功能、抑郁症风险和早产等结果有关。然而，支持这些关联的数据在文献中并不一致，这可能说明当食用不同的摄入量范围时，可能会改变健康结果。
✦ 生物活性膳食成分对于不同人群的健康益处存在差异
由于这些化合物可以改善健康，但从技术上讲并不是生命所必需的，因此与必需营养素相比，其历史区域丰度的变化和可能起作用的不同选择压力，预计其生物和健康影响会出现更大的群体异质性。
此外，生物活性膳食成分以及许多合成药物的细胞浓度受其分解代谢的调节。这些底物被细胞色素P450酶降解或生物激活，细胞色素P450酶在人群内部和人群之间表现出底物特异性和催化活性的广泛差异，导致对各种底物的功能反应存在异质性。
人们越来越认识到一天内进食的时间和频率会影响健康结果。
进食时间和某些其他食品物质(包括咖啡因和多酚)的直接生物效应可以改变生物钟。其他食品物质与生理昼夜节律、禁食(包括每日进食频率)和其他饮食行为的相互作用都会影响代谢过程并促成饮食与疾病的关系。
✦ 了解个人饮食及行为模式利于精确饮食评估
此外，饮食行为在生理反应中表现出个体间的差异，目前不被认为在DRI或DGA过程的范围内，但它们是饮食暴露组中的一个重要维度。
不仅要了解人们吃什么，还要了解饮食行为的这些背景因素，对于了解如何制定精准的营养建议至关重要。需要对精确饮食评估进行研究以捕获这些和其他背景因素，以提高我们提出更精确饮食建议的能力。
Bailey RL,et al.Annu Rev Nutr.2023
Bailey RL,et al.Annu Rev Nutr.2023
个体对特定饮食的反应是代谢、环境、社会和遗传等因素相互作用的结果，这表明不同的个体对相同的干预措施会有不同的反应。
例如，在最近一项针对600多人的随机对照试验中，12个月的低脂饮食导致一些人体重减轻超过30公斤，但另一些人体重增加超过10公斤，这表明单一饮食没有对所有人都有效，而精准营养可能会更有效。
饮食的良好保留和差异化，这些因素可能可以用微生物组等未测量的元素来解释。
在研究中，来自7个欧洲国家的1607名成年人被招募参加随机对照试验，该试验提供常规饮食建议(对照)或基于个人基线饮食的个性化建议；个体基线饮食加上表型（人体测量和血液生物标志物）或个体基线饮食加上表型和基因型(五种饮食反应性遗传变异)。这项研究结果表明个性化饮食优于常规饮食。
在这种情况下，为患者设计精准饮食计划可能会：
1）在治疗疾病方面更有效；
2）提高依从性，因为个性化饮食更容易被患者接受；
3）限制较少。
这些循证医学的研究证据也正是我们以及相关公司开展业务的基础——搜集、整理文献，构建数据库获得解决方案。然后，从客户的行为数据反馈中学习、进一步反哺研究。
除此之外，很多慢病和饮食模式之间的因果关系都逐渐清晰，或者反过来说，现代科学家和临床医生、营养学家（通常是几个角色兼具者）已经开发出了很多应对慢病的饮食模式（“疗效”多数远大于药物），其中最大一块就是“胃肠道慢性疾病”，FODMAP饮食、排除食物不耐受的饮食法等，就可以干预很多胃肠道疾病，胃肠道疾病也是最刚需的市场。
目前国内外已经有很多商业公司推出多种慢性病提供个性化营养计划，包括糖尿病、过敏、自身免疫问题和胃肠道问题。
不管通过怎样的数据驱动，为“任何地方的任何人提供一种方便且负担得起的方式，利用食物作为药物并实现可持续营养实践来推进个人护理“”应该是未来精准或个性化营落地的基本要求。
为“任何地方的任何人”、“方便且可负担、可持续个性化健康调理和营养方案”，也是我们谷禾健康长期追求的理念。
主要参考文献
Bailey RL, Stover PJ. Precision Nutrition: The Hype Is Exceeding the Science and Evidentiary Standards Needed to Inform Public Health Recommendations for Prevention of Chronic Disease. Annu Rev Nutr. 2023 Aug 21;43:385-407.
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Zeb F, Osaili T, Obaid RS, Naja F, Radwan H, Cheikh Ismail L, Hasan H, Hashim M, Alam I, Sehar B, Faris ME. Gut Microbiota and Time-Restricted Feeding/Eating: A Targeted Biomarker and Approach in Precision Nutrition. Nutrients. 2023 Jan 4;15(2):259.
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Wellens J, Vissers E, Matthys C, Vermeire S, Sabino J. Personalized Dietary Regimens for Inflammatory Bowel Disease: Current Knowledge and Future Perspectives. Pharmgenomics Pers Med. 2023 Jan 12;16:15-27.
Zhu Z, Li YL, Song S. Editorial: Biomarkers: precision nutrition in chronic diseases. Front Nutr. 2023 Jul 24;10:1257125.
Dashti HS, Scheer FAJL, Saxena R, Garaulet M. Timing of Food Intake: Identifying Contributing Factors to Design Effective Interventions. Adv Nutr. 2019 Jul 1;10(4):606-620.
谷禾健康
写在前面
《基于肠道菌群思考饮食》
所谓“病从口入”，饮食是人类健康的核心。
有没有发现这样一种现象？我们的日常饮食正在向西式饮食过渡，与此同时，各类慢性病正日渐侵蚀。
近期在《CELL》子刊上接连发表了好几篇关于肠道菌群和健康饮食以及疾病的发生等循证科研研究和综述，谷禾长期的肠道菌群检测实践中也发现各种干预措施和用药治疗均需要考虑饮食营养的部分，结合肠道菌群的干预将起到更有效更长期的效果，例如炎症性肠病患者干预治疗期间，需要结合营养调整或补充来重塑肠道菌群和免疫平衡。
一系列严格的前瞻性队列研究和随机对照试验为健康饮食的特征提供了有力的验证：
蔬菜和水果、全谷物带来益处，加工食品带来有害影响。
然而，仍然存在许多争议，大家可能对“健康饮食”这个概念停留在模糊层面，依然存在许多困惑例如：
本文我们试着从微生物组科学的角度，讨论基于食物的饮食指南和健康饮食的各个方面，尽可能将我们已了解的科学知识融入其中，当然讨论仅限于针对普通人群的健康促进和疾病预防建议，这也是基于肠道菌群和食物营养的饮食推荐的目的。
以食物为基础的饮食指南提供了关于食物、食物组分和饮食模式的建议，以实现营养素的参考摄入量，预防慢性病，并维持普通人群的整体健康。
下表显示了过去10年中更新的国外基于食品的饮食指南的关键信息的非详尽概述，这些指南分为最常见和补充食品组：蔬菜和水果、谷物制品、乳制品、肉类和肉类替代品和加工食品。
非详尽的国家以食物为基础的膳食指南清单和一般成年人的食物组推荐摄入量
doi.org/10.1016/j.chom.2022.04.016
2022年4月26日，《中国居民膳食指南（2022）》发布，提出了平衡膳食八准则：
不同的饮食文化国家的指导原则，有很强的一致性，所有指南都在告诉我们：
建议限制或避免添加高糖、高盐和高饱和脂肪的食品，一些国家特别提到避免加工、超加工和/或包装食品。
一半以上的饮食应包括蔬菜、水果和谷物产品，全谷物优先于精制谷物。这些饮食需要补充少量的动物性蛋白质（鱼类、瘦肉、家禽、鸡蛋和乳制品）和/或植物性蛋白质（豆类、坚果）。
下面，我们在微生物组的背景下讨论饮食指南，重点是人类研究，尽管存在局限性（例如，大剂量给药和向人类转化），但动物模型在建立分子机制和因果关系方面存在优势。
在所有饮食指南中：
✔建议食用蔬菜、水果、全谷类、豆类和坚果等全植物食品
✖ 应限制摄入添加糖、盐或饱和脂肪的加工食品
膳食纤维
全植物食品是膳食纤维的唯一相关天然来源，膳食纤维是一种难以消化的碳水化合物聚合物，在化学成分、物理化学性质和生理效应方面有很大的不同。
与肠道微生物群特别相关的是可发酵纤维，也称为微生物群可获得碳水化合物（MAC），如果它们显示出与对微生物群的选择性影响相关的既定健康益处，则为益生元。
纤维为抑制粘液聚糖代谢的微生物提供生长基质，防止肠道粘液耗尽、细菌侵入粘液层、下游炎症和感染。
纤维发酵的主要最终产物是短链脂肪酸 (SCFA)，即乙酸盐、丙酸盐和丁酸盐，它们会引起多种生理效应。
这些影响包括：
高纤维饮食可降低心脏病发作、中风和心血管疾病的风险。
近期，一项纵向、随机、交叉设计主要研究两种流行的纯化纤维，阿拉伯木聚糖 (AX) 和长链菊粉 (LCI)，结果发表在《CELL Host & Microbe》.
该研究显示了单个纯化纤维对微生物组的影响，深入了解了纤维补充剂的影响以及纤维诱导的胆固醇降低背后的机制。
doi.org/10.1016/j.chom.2022.03.036
结果表明 ↓↓↓
阿拉伯木聚糖：
长链菊粉：
总的来说，每一种纤维都可引起个体化和纤维特异性的生化和微生物群反应，因此，膳食纤维对健康的益处因人而异，可能还取决于具体摄入的纤维类型和摄入剂量。
植物化学物质
全植物食品的另一个关键成分是植物化学物质，它们是非营养和生物活性化合物，通常与膳食纤维结合，赋予植物颜色、风味、气味和涩味。
大多数 (90%–95%) 的植物化学物质不会被小肠吸收，因此会与肠道微生物群进行双向相互作用。
肠道微生物负责通过去甲基化、开环和脱羟基等过程对植物化学物质进行生物转化，从而增加它们的生物利用度、吸收以及抗氧化和免疫调节作用。
全植物食品对肠道微生物群的影响及对宿主生理、免疫、代谢和疾病风险的影响
doi.org/10.1016/j.chom.2022.04.016
尽管全植物食品具有有益的效果，但工业化国家的全植物食品消费量始终低于建议的水平，而包装食品经过不同程度的加工。
根据NOVA食品分类工具，食品加工程度是饮食质量的主要驱动因素，加工程度最高的食品被归类为“超加工食品”。其有害影响（增加能量摄入和体重增加）已在严格控制喂养研究中得到实验验证。然而，超加工食品的定义或此类食品的示例几乎没有一致性，关于避免所有超加工食品而不考虑其个别营养属性的全面建议存在争议。
加工食品如何带来不利影响？
加工食品的功能特性与全植物食品有着根本的不同。加工食品通常具有较高的能量密度，并且缺乏植物细胞中存在的三维结构。因此，营养素主要是无细胞的（即不包含在细胞内），更容易被宿主消化，这增加了营养素吸收动力学。
这些容易发酵的营养素可能会促使小肠中的细菌过度生长，以及不利的微生物组成和代谢状况，从而对免疫和内分泌功能产生负面影响，而结肠微生物群无法获得这些营养素。
例如，高果糖玉米糖浆已被证明会导致小鼠脂肪肝和葡萄糖不耐受，其方式与肠道微生物群组成和功能变化有关。
加工食品：食品添加剂影响菌群
加工食品中的食品添加剂，可以进一步提高口感和保质期，但是会影响肠道微生物群。
合成乳化剂羧甲基纤维素（CMC）和聚山梨酯-80损害肠道屏障功能，导致微生物群侵占上皮，促进野生型小鼠的代谢异常和轻度炎症，以及遗传易感小鼠的结肠炎，其方式与肠道微生物群有因果关系。
在另一种乳化剂甘油单月桂酸盐的小鼠中也观察到类似的结果。人类短期食用CMC也会显著改变微生物群组成，降低粪便短链脂肪酸水平，并诱导细菌侵入粘液层。
加工食品中的高盐含量也可能改变微生物群。盐的摄入降低了乳酸菌的丰度，这与小鼠小肠固有层淋巴细胞和人类外周血淋巴细胞中辅助性T细胞17的数量增加以及血压升高有关。
另一项针对小鼠的研究报告了类似的结果，其中高盐饮食降低了乳酸菌的丰度，增加了促炎基因的表达，并加剧了两种不同疾病模型中的结肠炎。
因此，现有证据表明，加工食品和全植物食品对人类健康的对比效应部分是由肠道微生物组介导的。
加工食品对肠道微生物群的影响及对宿主生理、免疫、代谢和疾病风险的影响
doi.org/10.1016/j.chom.2022.04.016
更多关于食品添加剂与菌群详见之前的文章：
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
根据饮食指南，健康饮食的最大组成部分应该是蔬菜和水果。目前关于蔬菜水果预防多种慢性病的能力的科学证据十分有力。
▸蔬菜水果富含膳食纤维
水果和蔬菜每份可提供高达 8g 的膳食纤维，并含有多种纤维，包括果胶、菊糖、纤维素、木聚糖、棉子糖和水苏糖。这些纤维引发微生物组独立（例如延迟的大量营养素吸收）和微生物组依赖（例如短链脂肪酸介导的胰岛素抵抗衰减）生理效应。
人类对照喂养实验发现，富含菊糖的蔬菜可提高双歧杆菌水平，促进饱腹感，并减轻体重。
在喂食高脂肪饮食的小鼠中，抗生素治疗降低了菊糖的代谢益处，比如降低这些益处：在小肠中诱导肠促胰岛素激素胰高血糖素样肽1和对代谢综合征的保护，这表明微生物群的因果作用。
▸蔬菜和水果也是植物化学物质的重要来源
包括多酚、硫代葡萄糖苷、萜类、植物甾醇和生物碱。
蔓越莓提取物是一种多酚类物质的丰富来源，在高脂高糖饮食的小鼠中诱导代谢改善（例如，减少内脏肥胖和改善胰岛素敏感性），这与 Akkermansia muciniphila的增加有关。
注：Akkermansia muciniphila菌在动物和人类中都显示出有益生理效应。关于该菌详见之前文章：
肠道重要菌属——Akkermansia Muciniphila，它如何保护肠道健康
Nature | AKK菌——下一代有益菌
从临床研究和临床前研究中，也有新的证据表明微生物组在西兰花的生理效应中发挥作用。后者为西兰花衍生的硫代葡萄糖苷生物活性转化为化学预防性异硫氰酸酯奠定了拟杆菌的遗传和生化基础。
总的来说，现有证据支持肠道微生物群在调解蔬菜和水果对健康的影响方面的作用。
食物对宿主-微生物相互作用的影响以及它们如何与膳食指南中的建议保持一致
doi.org/10.1016/j.chom.2022.04.016
扩展阅读：常见水果对肠道菌群、肠道蠕动和便秘的影响
大多数饮食指南建议食用全谷物而非精制谷物。全谷物的麸皮层被去除以生产精制谷物，含有植物化学物质（如阿魏酸、类黄酮）和膳食纤维。
▸ 全谷物含有独特纤维，抗炎作用与菌群相关
全谷物含有独特的半纤维素纤维，如木聚糖和β-（1→ 3,1 → 4）—除纤维素、抗性淀粉和低聚糖外，还有葡聚糖。全谷物能够降低慢性病风险的证据基础是令人信服的。人类干预试验表明，全谷物的抗炎作用与肠道微生物群的变化是并行的。
在健康成年人中，显示了对健康有益微生物的富集，如双歧杆菌和产丁酸菌（直肠真杆菌Eubacterium rectale、Roseburia faecis, Roseburia intestinalis），产短链脂肪酸菌Lachnospira增多，粪便乙酸盐和总短链脂肪酸增加，肠杆菌科减少。
虽然微生物组的变化为抗炎作用提供了潜在的解释，但这些研究之间并不一致；进一步的研究报告没有任何影响，也没有确定因果关系。
▸ 全谷物的部分代谢益处是由肠道菌群介导的
将人类研究与小鼠实验相结合的研究表明，微生物组对全谷物的健康影响具有因果关系。
食用大麦仁面包的人被分为“响应者”和“无响应者”，“响应者”的葡萄糖代谢因干预而得到改善。
响应者普氏菌/拟杆菌属比率和Prevotella copri丰度升高，以及编码复杂多糖降解的微生物基因在应答者中升高。
关于Prevotella copri菌详见：肠道重要基石菌属——普雷沃氏菌属 Prevotella
无菌小鼠灌胃普氏杆菌或含有P.copri的“应答者”人源性微生物群后，喂食标准食物后，葡萄糖耐量有所改善，这在机制上与肝糖原储存增加有关。
进一步的研究证实，在基线时含有高水平的普雷沃氏菌，会导致体重过重，且食用富含全谷物的饮食的个体的体重减轻。
一些饮食指南（加拿大的食品指南、巴西人口的饮食指南和英国的Eatwell指南）建议经常食用植物蛋白食品（如豆类、坚果），因为它们对人类健康有益。
豆类
豆类富含纤维，特别是纤维素、果胶、甘露聚糖、水苏糖、棉子糖和抗性淀粉。
豆科植物还含有黄酮醇等植物化学物质，黄酮醇是一种已知的抗炎类黄酮亚类，还含有酚酸，与谷物中的酚酸相比，豆类中酚酸的生物利用率更高。
新出现的证据表明，肠道微生物群在豆科植物的健康影响中发挥着作用。
例如，绿豆补充剂减少了喂食高脂肪饮食的小鼠的体重增加和脂肪积累，但没有减少喂食相同饮食的无菌小鼠的体重增加和脂肪积累。
坚果
坚果是不饱和脂肪酸、纤维和植物化学物质的来源，所有这些都可能影响宿主与微生物的相互作用。
在一项控制喂养研究中，每天补充核桃可增加粪杆菌属（Faecalibacterium）、罗氏菌属（Roseburia）、梭菌（Clostridium）和戴阿利斯特菌（Dialister）。
在一项杏仁对照喂养研究中观察到了类似的成分变化，显示罗氏菌属（Roseburia）、梭菌（Clostridium）、戴阿利斯特菌（Dialister）和毛螺菌属（Lachnospira）的相对丰度增加。
坚果对罗氏菌属丰度的影响也已在meta分析中得到证实。
主要产丁酸菌如Roseburia intestinalis能够将坚果中难以消化的聚糖β-甘露聚糖代谢为丁酸盐。
坚果中的omega-3脂肪酸也可能增强罗氏菌属，因为在人类中，补充核桃的饮食和不含核桃的具有相同脂肪酸组成的饮食都增加了罗氏菌属的相对丰度。
除了坚果中的纤维和不饱和脂肪酸外，肠道微生物还将植物化学物质鞣花单宁和鞣花酸代谢为尿石素，尿石素是一种生物活性抗炎化合物。
总之，增加坚果摄入量似乎在一定程度上通过影响微生物群的功能成分对宿主健康有益。
抗炎看到目前研究将植物性蛋白质食品的益处与微生物组联系起来，但该领域的研究仍处于初步阶段。
植物性蛋白质比动物性蛋白质更不易消化并因此为结肠微生物提供潜在的底物，这可能导致产生有益的生物活性代谢物，例如色氨酸代谢。然而，蛋白水解微生物发酵也可能有害（见下文讨论——红肉和加工肉）。目前尚不清楚植物蛋白微生物发酵产生的代谢结果是否不同于动物蛋白，需要进一步研究。
饮食指南一直鼓励把鱼类作为优质蛋白质来源和良好的脂肪酸组成。
多脂鱼类
多脂鱼类是长链ω-3脂肪酸二十碳五烯酸（EPA）和二十二碳六烯酸（DHA）的主要天然膳食来源之一。
观察研究和干预研究的有力证据表明，多脂鱼摄入量的增加具有心脏保护作用，肠道微生物群可能是这些健康影响的潜在中介。
鱼油
小鼠实验表明，与猪油（富含饱和脂肪）相比，鱼油降低了 Toll 样受体激活和白色脂肪组织炎症，这与改善胰岛素敏感性有关。
除了这两种脂肪对微生物群组成的不同影响（猪油增加Bilophila菌）之外，与传统猪油喂养的小鼠相比，喂食鱼油的无菌小鼠和喂食抗生素的小鼠的盲肠微生物群定植后，体重减轻，白色脂肪组织炎症减轻。
这项研究为肠道微生物群在饱和脂肪的炎症作用中的因果作用提供了证据。
尚未在人类身上做出因果推论，但在多脂鱼和其他饮食来源中发现的 omega-3 脂肪酸已被提议作为候选益生元，因为它们被特定的肠道微生物利用。
在一项随机对照试验中，鱼源性 omega-3 补充剂增加了Coprococcus的丰度，与富含甘油三酯的脂蛋白水平呈负相关。
因此，肠道微生物组可能是多不饱和脂肪酸心脏保护作用的介质。
以上各种饮食推荐都接近一种饮食模式，那就是地中海饮食，作为现在十分流行的饮食模式之一，
地中海饮食有什么独特之处？
对菌群有哪些影响？
接下来详细了解一下地中海饮食。
我们逐渐开始有这样一个认识，健康不止是受个别食物的影响，而是受其相互联系和协同效应的影响。因此，最近更新的几项饮食指南，如《中国饮食指南2022》、《2020-2025年美国人饮食指南》、《加拿大食品指南》等对饮食模式的关注发生了转变。
食物之间的相互作用也与它们对肠道微生物群的影响有关，人们对饮食模式，尤其是那些具有既定健康益处的饮食模式（如地中海饮食）如何通过微生物群组成和功能变化影响宿主健康感兴趣。
▸ 地中海饮食结合了许多对宿主微生物相互作用具有有利影响的食物组
地中海饮食推荐蔬菜、水果、全谷类、豆类、坚果和橄榄油作为主食，适度摄入鱼类、家禽、鸡蛋和乳制品，并限制摄入红色和加工肉类及加工食品。
在对体重超标的个体进行的一项随机对照试验中，与对照饮食相比，坚持地中海饮食可降低血浆胆固醇浓度，并增加了产丁酸菌普拉梭菌(F. prausnitzii)和罗氏菌属(Roseburia) 的丰度。F.prausnitzii和Roseburia也是通过随机森林模型确定的分类群，这些模型可以最好地预测饮食依从性得分。
▸ 地中海饮食改善老年人认知
在一项大型多中心随机对照试验中，该试验涉及了连续12个月食用地中海饮食的老年人。这些分类群与认知功能的改善呈正相关，与炎症标志物和虚弱呈负相关。
▸ 地中海饮食降低心肌梗死风险
在一项前瞻性队列研究中，长期坚持地中海饮食与F. prausnitzii, Eubacterium eligens, Bacteroides cellulosilyticus 呈正相关。这项研究进一步表明，与那些携带P.copri的人相比，P.copri丰度较低且坚持地中海饮食的人心肌梗死风险较低。
对地中海饮食的微生物组学研究强调了其在饮食建议中的重要性。最近部分国家更新的饮食指南推荐了类似地中海饮食的饮食模式，如阻止高血压的饮食方法（DASH）饮食，并对微生物组在调节其健康影响中的作用进行了研究。
虽然饮食指南已经演变为反映新的可用证据，并普遍同意其建议，但争议仍然存在。
在这里，我们讨论了宿主-微生物相互作用如何提供洞察力来帮助解决这些争议。
红肉含有必需的微量营养素，是重要的优质蛋白质来源。然而，大多数饮食指南建议只适度食用，同时建议避免食用加工肉类（盐腌、腌制和烟熏的肉类）（表1）。
▸ 红肉和加工肉类引争议？
在癌症预防方面，这些评估由国际癌症研究机构（IARC）和世界癌症研究基金会共同进行。尽管有这些一致的建议，但2019年的一系列系统性审查得出结论，成年人应该继续目前的红肉和加工肉摄入量，理由是它们与不良健康结果的联系的证据不足。这引发了营养领域的争议。
肠道菌群为这场争论提供了另一个视角
肠道微生物对红肉和加工肉类的蛋白水解发酵会导致产生潜在的有害代谢物，例如氨、对甲酚和硫化氢。
▸ 红肉和加工肉→产硫化物菌发酵→可能致癌
硫化氢是由脱硫弧菌等细菌发酵含硫氨基酸产生，并作为粘液溶解剂，可以增加小鼠肠道通透性。
这使得同样存在于红肉和加工肉类中的血红素能够增加肠道中的过度增殖和增生，抑制肿瘤抑制基因，并激活致癌基因，所有这些都是致癌的潜在原因。
抗生素给药抑制了小鼠的这些影响，表明肠道微生物群的因果作用。在人类中，产生硫化物的细菌和途径与晚期结直肠癌密切相关。
▸ 红肉和加工肉→TMAO→心血管疾病
肠道微生物将肉制品中大量存在的左旋肉碱和磷脂酰胆碱转化为三甲胺，三甲胺被含肝黄素的单加氧酶 (FMO) 氧化为三甲胺-N-氧化物 (TMAO)。
TMAO 在血浆中循环并由肾脏有效排泄，并在动物模型中与心血管疾病有因果关系。观察性研究报告了 TMAO 水平与心血管疾病风险之间的强正相关关系。然而，动物实验并不一致，而人类中的 TMAO 水平经常被混淆并可能由肾功能下降引起。
此外，TMAO 范式与将富含 TMAO 及其前体的脂肪鱼与有益的心脏代谢结果联系起来的流行病学发现不一致。
肉类以外的食物（即十字花科蔬菜）可以抑制 FMO3 的活性，使研究结果更加复杂。
为了阐明源自肉类产品的 TMAO 的因果贡献，需要在人类中进行足够持续时间的控制喂养试验，以评估经过验证的心血管疾病的替代标志物。
▸ 加工肉类含有瘦红肉中不存在的其他化合物，这些化合物可能会放大微生物介导的有害影响
大多数加工肉类富含饱和脂肪，可刺激小肠中的肝胆汁酸分泌。
一些初级胆汁酸逃脱肠肝再循环并进入大肠，在那里它们被微生物转化为次级胆汁酸。其中，脱氧胆酸和石胆酸可引起氧化应激和 DNA 损伤，并与结肠癌发生有关。
一项荟萃分析发现，在结直肠癌患者中，肠道微生物组功能特征的特征是次级胆汁酸的产生增加。而一项系统评价表明饱和脂肪会降低微生物的丰富度和多样性。
此外，加工肉类中使用的固化剂硝酸盐和亚硝酸盐构成微生物生物转化为N-亚硝基化合物的底物，它们会导致 DNA 烷基化损伤，因此具有致癌性。
▸ “适度食用瘦肉红肉和避免加工肉” 的科学依据
鉴于上述几点，红肉和加工肉类产生的肠道微生物代谢物的毒性与解释它们对健康的影响有关。
尽管有证据表明红肉是结肠癌的危险因素，但蛋白质发酵产生的代谢物（如硫化氢和氨）毒性较低，目前还没有归类为人类致癌物。
相比之下，仅来自加工肉类的微生物代谢产物（N-亚硝基化合物和次生胆汁酸）具有更高的毒性和致癌性。
考虑到可能的剂量-反应关系，毒理学考虑证明了IARC/世界卫生组织专家小组对红肉（2A组，可能致癌物）和加工肉（1组，致癌物）进行风险分类的合理性，以及当前的饮食指南：适度食用瘦肉红肉和避免加工肉。
▸ 长期存在争议：乳制品应在多大程度上纳入健康饮食？
大多数饮食指南建议使用脱脂和低脂（0%-2%）乳制品，并避免使用高脂乳制品（>25%，如某些奶酪、奶油制品和黄油）。然而，对于全脂乳制品还没有达成共识(∼3.5%），其有害影响受到质疑，一些饮食指南（表1）不鼓励使用。
▸ 乳脂肪和肠道微生物群之间的相互作用
一项开创性的研究表明，乳源性饱和脂肪诱导牛磺酸结合胆汁酸，促进产生硫化氢的致病菌Bilophila wadsworthia的爆发，从而引发遗传易感小鼠的结肠炎。
另一项针对小鼠的研究证实了这些发现，其中主要来源于乳脂的高脂肪饮食增加了B. wadsworthia的丰度和盲肠胆汁酸水平，从而导致肠道屏障功能障碍和代谢综合征。
这些动物模型强调了乳源性饱和脂肪对微生物群动态平衡的潜在有害影响，支持了建议限制高脂肪乳制品的饮食指南。
据我们所知，目前缺乏评估全脂乳制品中饱和脂肪水平是否影响微生物群的良好控制的人类干预试验，此类研究有必要，能为未来的饮食指南提供信息。
“低脂”、“低碳”，这对减肥人士来说，是非常熟悉的。
目前的膳食指南没有涉及到限制脂肪或碳水化合物摄入是否会支持最佳健康。
▸ 这些饮食如何影响微生物群代谢以及对健康的长期影响？
低脂饮食通常富含蔬菜、水果、全谷物和植物蛋白质，因此提供有益的饮食成分，改变微生物代谢。
相反，低碳水化合物饮食通常脂肪和/或蛋白质含量较高，因此纤维含量较低，这导致产生对结肠健康有害的代谢物。
这在一项随机对照试验中得到证实，在该试验中，高蛋白低碳水化合物饮食增加了N-亚硝基化合物的浓度，降低了丁酸盐和抗炎酚类化合物的水平。
在另一项研究中，高脂肪、低碳水化合物饮食导致健康年轻人的肠道微生物群、粪便代谢组学特征和血浆促炎介质发生不利变化。
这些发现引起了人们对低碳水化合物饮食的长期健康结果的担忧，并与前瞻性队列研究的荟萃分析一致，该研究显示，食用动物性低碳水化合物饮食的参与者死亡率最高。
因此，有必要通过针对微生物组的方法改善低碳水化合物饮食。
当代国家饮食指南高度一致，与研究人员对饮食如何影响与健康相关的微生物-宿主相互作用的理解一致。
这种一致性是显著的，证实饮食指南的观察性和干预性研究没有考虑微生物组。这表明肠道微生物群是饮食生理效应的关键中介，鉴于哺乳动物解剖学、生理学、免疫和代谢的中心方面在整个进化过程中都是由饮食-微生物-宿主相互作用形成的，这一功能可能在进化上根深蒂固。
虽然营养学和微生物组学学科之间的一致性在很大程度上验证了当前的饮食指南，但研究人员认为，更系统地结合营养素影响宿主-微生物相互作用的分子基础知识，有可能加强和创新人类营养。
下面概述了微生物组学观点可以推进营养策略的机会，然后提出了一个整合肠道微生物组学的研究框架，以进行实验验证。
对人类及其肠道微生物群共同进化的假设最有说服力的支持来自对母乳低聚糖（HMO）功能特征的解释。母乳构成了饮食、微生物组和人类健康之间进化关系重要性的范例。
现代饮食可能在进化上与人类生理不匹配，这可能是慢性病流行的重要驱动因素。
目前建议女性和男性每天摄入 25 克和 38 克纤维。一系列系统评价和荟萃分析支持了更高摄入量的论点，表明每天摄入超过25–29克的纤维将带来额外的益处。参与者每天从蔬菜、水果和坚果饮食中摄入100克以上的纤维，可以显著降低血清胆固醇水平，增加粪便中的短链脂肪酸。
在一项人体试验中，非裔美国人和南非农村人(分别习惯食用低纤维和高纤维饮食)交换了他们的饮食，导致非裔美国人的黏膜增殖率和结肠炎症(结肠癌风险的生物标志物)下降，而南非农村人在这些试验中经历了不利的变化。
饮食交换的效果与次级胆汁酸丰度和短链脂肪酸生成的相反变化相关。对饮食微生物群相互作用如何影响人类生理学的进化考虑，可以为饮食建议、有针对性的营养策略以及对抗慢性病风险的食品开发提供信息。进化的考虑也为微生物组的恢复策略奠定了基础。
工业化造成了非传染性慢性病的增加和微生物组的枯竭，其特征是微生物多样性减少，利用碳水化合物的酶的能力降低，发酵减少，以及黏液降解生物的富集。
尽管将微生物群恢复到祖先的状态可能是不现实的，也可能是不可取的，但人们对开发微生物群恢复策略、重建与健康相关的功能特征的兴趣越来越大。
全植物食物
这种策略得到了一项人类干预研究结果的支持，该研究测试了富含全植物食物（每天提供45克纤维）的饮食，这会提高短链脂肪酸的产量，并增加聚糖降解碳水化合物活性酶的相对丰度。
仅关注膳食纤维的微生物群落恢复方法不太可能补充丢失的微生物物种。已经提出了重新引入因工业化而丢失的菌群的建议。虽然从长远来看这是一种很有希望的方法，但许多消失物种的致病性未知，这使得它们转化为营养策略具有挑战性。
发酵食品
另一种方法是发酵食品，定义为通过理想的微生物生长和膳食成分的酶转化生产的食品，其结果通常具有增强的营养特性。
发酵食品的例子有开菲尔、酸奶、康普茶、豆豉、泡菜等。发酵食品在当前的饮食趋势中排名很靠前，在全球范围内广受欢迎。如果生吃，发酵食品通常含有大量的活微生物，这些微生物具有长期的安全食用历史。
▸ 关于发酵食品健康益处的研究
发酵食品的益处已通过一项定性系统综述进行了总结，该综述对观察性和实验性研究进行了评估，报告称酸奶、开菲尔和其他发酵牛奶与胃肠道健康、2型糖尿病和癌症风险以及体重管理的良好结果相关。
此外，一项针对120000多名参与者的大型观察性研究发现，体重增加与酸奶摄入量之间存在显著的负相关关系。然而，来自随机对照试验的证据非常稀少，发酵食品才刚刚开始被推荐到饮食指南中。
一项随机对照试验对每天包括6份发酵食品的饮食进行了试验，发现增加了微生物组的多样性，并减少了几种促炎细胞因子和趋化因子。
需要额外的设计良好的随机对照试验，并验证替代终点，以证明将发酵食品纳入饮食建议的合理性。此类研究应考虑到一些发酵食品（如发酵香肠、一些奶酪和加糖酸奶）的有害营养方面，如大量的盐、饱和脂肪、糖和固化剂，可能会超过活微生物的潜在益处。
益生菌、合生元
理论上，也可以通过饮食益生菌和合生元（益生菌和益生元的组合）来实现微生物群落的恢复策略。
有大量研究在许多临床环境中探索这些策略，并提出了不同的机制，例如其免疫调节作用。如果使用人体胃肠道固有的细菌菌株，益生菌可以成功地长时间定植。
这种策略可以使微生物群多样化，但据了解，这一点尚未得到系统的测试。
也有人提议探索每日摄入活微生物的饮食建议，以促进健康。为了使这一概念可行，需要进行流行病学研究和随机对照试验，以测试益生菌在预防慢性病方面的价值。
为了提高全人口的饮食质量，建议重新配方而不是取消加工食品。
这样的尝试将需要食品工程的创新，这将受益于饮食-微生物-宿主相互作用的考虑。例如，可以用不可消化的可发酵淀粉和其他纤维部分替代食品中的白面粉，从而改变加工食品的固有特性(如纤维含量、血糖生成指数和营养物质消化率)，以抵消对肠道菌群和宿主代谢的有害影响。
在一项统计模型研究中，这一方法已具有广泛的影响，该研究预测，如果英国50%的加工食品的市场份额中添加约3克纤维，2型糖尿病和心血管疾病的风险将降低70%以上。
类似的方法可以应用于重新引入其他生物活性化合物，如植物化学物质，可能与膳食纤维联动。
与其依靠个人改变他们的饮食习惯改善健康，不如用更多的重新配方加工食品来改善饮食质量，而不显著改变饮食习惯。
确定“健康微生物群”
虽然很难定义什么是“健康”微生物群，但肠道微生物群的特定分类群和功能特征，特别是受饮食影响的分类群和功能特征（例如，与健康相关的SCFA和次生胆汁酸）与健康结果有关。
一旦确定了促进健康的分类群和微生物群特征，就可以用营养策略来针对它们。
例如，代谢有害的低碳水化合物或高肉类饮食，可通过补充可发酵纤维，以将微生物代谢从蛋白质转化为碳水化合物发酵，改善肠道屏障完整性，并通过短链脂肪酸诱导全身代谢益处。鉴于膳食纤维和低碳水化合物饮食的独立代谢效应，它们的结合可能产生协同效应。
扩展阅读：健康的人类微生物组
使用膳食纤维增强假定的健康菌群
通过这种方式促进菌群及其代谢产物。这种方法基本上符合益生元的概念，益生元被定义为宿主微生物选择性利用的底物，具有健康益处。
不幸的是，这一定义并没有就什么构成“选择性”效应、这种效应如何与健康益处因果关联以及如何区分益生元和膳食纤维提供明确的指导。这些担忧导致欧洲食品安全局规定，益生元不能标记为益生元，但必须标记为膳食纤维。
饮食指南中也没有提到食物来源的益生元，这很不幸，因为目标微生物组调节的总体概念很有希望。
▸ 用膳食纤维获得可预测的微生物群组成变化
研究人员提出了一个概念框架，利用该框架，可以使用含有离散结构的膳食纤维（定义为“一种独特的化学结构……与细菌基因组中编码的基因簇相一致”），来获得可预测的和理想的微生物群组成变化。
在人体试验中对该框架进行了实验测试，在该试验中，IV型抗性淀粉的细微结构差异将短链脂肪酸输出导向丙酸盐或丁酸盐，丙酸盐或丁酸盐具有不同的代谢和生理功能。
有针对性的营养微生物组调节对于饮食指南和治疗性食品都有巨大的前景，但关于微生物组的哪些方面应该有针对性的问题仍然存在，需要进行随机对照试验来证明这些策略是否能转化为改善健康的结果。
即使控制良好的饮食干预措施也会对个体产生不同的影响。这对目前在饮食指南中应用的“一刀切”方法提出了质疑。
精确营养（也称为“个性化营养”）的新兴领域旨在利用人类的个性，首先确定哪些特定的特征可以预测对饮食干预的反应，然后相应地调整营养，以实现不同人群的相同反应。
考虑到肠道微生物群对饮食的高度个性化反应，微生物群检测是针对慢性病预防和治疗的精准营养策略的关键组成部分，以及其他个人特定因素（例如，遗传学、基线代谢和体力活动）。
▸ 应用：同样的减肥方式，哪类人群更容易达到效果？——机器学习帮你预测
机器学习方法可以应用于大型参与者队列，以确定哪些特征可以预测健康结果。例如，机器学习算法利用参与者关于血液参数、饮食习惯、微生物组组成和其他因素的数据，准确预测标准化膳食的餐后血糖反应。
这类预测可以受益于微生物组和宿主遗传数据的结合，如一项研究所示，基线Prevotella/拟杆菌比率高，可以预测唾液淀粉酶基因拷贝数较低的受试者，在食用富含膳食纤维、全谷物、水果和蔬菜的饮食后体重减轻更大。
▸ 应用：微生物组结合手机用于饮食监测——机器学习为你提供高维数据，最终实现个性化建议
国家饮食指南目前没有考虑精确或个性化的方法，其实施将在人口规模上具有挑战性。然而，这样做的技术已经存在，并且可以利用微生物组测序和智能手机应用程序用于饮食监测的组合，最终为机器学习算法提供高维数据，以便将个性化营养建议反馈给用户。
▸ 精准营养可持续的条件
预测模型的多中心验证必须在不同人群（包括非西方国家和发展中国家）中进行，以确定其广泛适用性并鼓励进一步完善。精确营养方法将取决于营养和微生物学科之间的持续合作，其在全人口范围内的实施将需要监管机构、专业协会和决策者的大量额外投入。
有关饮食微生物组与宿主相互作用的信息有可能进一步验证、完善和创新饮食建议。
将肠道微生物组纳入饮食指导，需要有证据证明微生物组在饮食生理效应中的机制和因果作用。确定肠道微生物群在人类疾病易感性中的作用的因果关系仍然是一个挑战，这在营养学研究中更加复杂，因为饮食、肠道微生物群和人类健康之间的相互作用是复杂和多方向的。
饮食、肠道微生物群和人类健康之间复杂的、多向的因果关系
doi.org/10.1016/j.chom.2022.04.016
评估微生物组在营养中作用的人类研究因微生物组的复杂生态特征（个体间、地理和时间变异性）和营养研究的局限性（甚至适用于随机对照试验）而变得更加复杂（例如，难以评估饮食摄入和遵守研究方案、饮食成分的共线性和混杂因素）。
在设计未来的营养研究时，必须考虑这些复杂性，以阐明哪些因素（包括微生物组）介导了饮食对健康的影响。
研究人员推荐概述饮食微生物组研究最佳实践指南的优秀评论，并通过使用三大支柱将肠道微生物组整合到营养研究的所有阶段的实验框架来扩展这些评论。
一、微生物群的发现为健康饮食提出假设
肠道微生物群可以在既定饮食策略验证之外为营养提供信息，并有助于确定微生物群特征作为未来的营养目标。
目前已经确定了肠道菌群与人类疾病状态之间的关联。多元组学技术（如宏基因组学、宏蛋白质组学、代谢组学）和先进分析方法的使用，已经建立了支撑生物途径的潜在机制和因果基础。高质量、大规模队列研究有助于为饮食指南提供证据基础。
最近的研究扩展了这一框架，并将微生物组学和营养流行病学结合起来，以阐明微生物组学在饮食诱导的生理效应中的作用。可以发现微生物组、健康和特定饮食或饮食成分之间的联系。
这些相互作用的潜在机制和生物学合理性及其作为营养靶点和诊断标记的价值可在实验系统中得到证实。
二、微生物组与人类干预试验的整合
▸随机对照试验：营养学金标准
▸交叉设计：允许消除个人特定因素的个体间差异
▸干预试验：确定因果关系，直接告知饮食指南
随机对照试验是建立人类因果关系的营养学金标准，如果它们表现良好，在证据层次结构上要高于观察性试验。这种层次结构也适用于微生物研究。营养随机对照试验可以使用微生物组流行病学中应用的相同多组学方法进行扩展，以整合肠道微生物组并有效测试特定饮食微生物组的相互作用。可以将有效预测疾病风险的替代标记物与微生物组终点（例如成分变化、功能和代谢物）和生物过程的分子标记物相结合，假设这些生物过程将肠道微生物组的代谢活动与宿主免疫代谢相联系（即肠道激素、细胞因子、TMAO和肠道屏障完整性标记物），以证实研究结果并提供假定的机制解释。
交叉设计对于以微生物组为终点的随机对照试验具有优势，因为参与者作为自己的对照，这允许消除个人特定因素的个体间差异（例如微生物组、遗传学、代谢物谱和基线临床测量）。研究应进一步控制其他混杂变量，如人口统计学（年龄和性别）和生活方式因素（习惯性饮食和药物使用）。在这种情况下，大便稠度和饮酒是意外的混杂因素。应使用分层随机化来平衡参与者根据年龄和性别等因素分配给治疗组的情况，并应收集有关混杂变量的详细信息，以便在统计分析中对其进行控制。通过对自由生活或定居的参与者进行充分的控制喂养研究，提供所有食物，包括足够的磨合期，可以消除习惯性饮食的实质性混杂因素。这样的研究进行起来困难且昂贵，但已经在微生物组领域成功应用。
干预试验可以确定饮食对健康影响的因果关系，从而直接告知饮食指南。如果微生物组被整合，随机对照试验也可以为微生物组在饮食健康影响中的作用提供假定的机制解释，并为精确营养策略提供基于诊断微生物组的生物标记。回归和相关分析可用于确定饮食诱导的微生物组分/功能变化与临床和机械终点之间的关联。此外，机器学习模型可以确定是否可以通过对微生物组或受微生物组影响的宿主生物过程的影响来预测饮食诱导的生理变化。然而，除非这些试验和分析采用特定的实验和统计方法进行扩展，否则它们无法确定肠道微生物群在饮食影响中的因果作用。
三、关于微生物组在饮食影响中作用的机制洞察和因果推断
▸收集纵向数据，使用数学方法，解开因果
▸通过动物模型扩展确定潜在机制
▸最常用和最复杂的建立菌群因果关系的模型
▸动物模型存在局限性，但对完善假设很宝贵
可以在随机对照试验中收集纵向数据，以便进行因果推断，因为必须使用中介分析等方法，在时间上先于效应。其他数学方法，如结构方程建模和贝叶斯网络，也可以解开饮食、微生物组和人类健康之间的因果关系。可以说，最有希望直接在人类身上进行因果推理的实验设计是“干预主义框架”，当针对假定原因的干预产生有利影响时，就可以推断因果关系。这种方法可适用于具有良好特征效果的饮食干预，以测试针对微生物组特征或给予微生物代谢物（假定原因）是否能产生预期效果。
人类研究可以通过动物模型扩展，以确定微生物组的因果作用，确定微生物组中的因果成分，并确定潜在机制。可以在无菌动物疾病模型中测试单独或作为群落的特定微生物（灵知动物）或与人类饮食干预生理效应相关的微生物代谢产物。灵长类动物允许去除或添加特定的微生物，以确定微生物群落中的致病成分，并且可以用模仿人类饮食的饲料进行挑战。
人类微生物相关(HMA)啮齿动物是最常用和最复杂的建立微生物组因果关系的模型，将人类粪便微生物群移植到啮齿类动物的疾病模型中。HMA动物可以非常有效地比较对饮食干预有或没有反应的人类微生物组，特别是如果假设差异是由特定微生物的存在或不存在引起的。然而，HMA动物在做出关于饮食诱导的人类微生物组组成变化的因果推断方面有很大的局限性。不提供活微生物的饮食不太可能从微生物群中添加或移除微生物物种，但只会改变群落中的相对比例。这种变化不太可能在受体动物身上复制，因为形成微生物群的生态和进化力量与供体中的不同。
尽管存在局限性，但动物模型，尤其是如果其微生物群得到良好控制并与多组学方法相结合，有能力补充人类研究，因为它们建立了饮食影响的机制基础。通过使用更好地模仿人类生理学的动物，如猪和灵长类动物，这些研究可以进一步改进。虽然不需要从机理和因果研究中获得见解，来确定和确认饮食成分的健康影响或基于微生物组的生物标记物的效用，但这对于完善假设非常宝贵，可以创新制定有针对性的营养策略，并为饮食建议提供额外的证据。
将肠道微生物组整合到营养学研究的所有阶段的实验框架，以促进对微生物组在健康饮食中的作用的理解：
doi.org/10.1016/j.chom.2022.04.016
饮食与疾病密切相关，而疾病又与微生物群相关。肠道微生物群可能是构成营养研究的“黑匣子”，饮食—微生物群的相互作用可能有助于建立饮食生理效应的机制基础。
这两个领域有很强的生物学和进化论理由来扩展已经活跃和正在进行的合作，以加深对如何通过饮食优化健康的理解。
应将以微生物组为中心的终点纳入营养科学的各个方面，以加强饮食指南的证据基础。营养微生物学研究有可能全面了解健康饮食的各个方面，从而有助于解决饮食相关疾病的预防和管理。
谷禾也将不断提供关于肠道微生物群如何影响和介导饮食化合物、特定食物和饮食模式的生理效应的机制的前沿研究进展，应用到肠道菌群健康检测，不断更新已有框架，为大众提供针对微生物群的营养策略。
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