肠道菌群与蛋白质代谢

谷禾健康

↑出现以上症状，可能是身体缺乏蛋白质的信号。

★ 蛋白质有多重要？

蛋白质不仅是构建人体组织的主要原料，而且对新陈代谢至关重要。膳食蛋白质及其代谢产物氨基酸是人类的必需营养素。

蛋白质提供能量，调节代谢；我们的皮肤、骨骼、毛发都有它的参与；当然免疫系统也少不了它。

★ 肠道菌群参与蛋白质代谢

肠道微生物群介导蛋白质代谢和宿主免疫反应之间的相互作用，在代谢过程中发挥重要作用。

小肠细菌能代谢部分氨基酸，进而影响宿主整体氨基酸的代谢。大肠拥有更丰富的菌群和更长的蠕动时间。

一方面，进入大肠的氮营养素会影响大肠菌群的代谢和群落结构；另一方面，大肠菌群也能广泛参与氮营养素的代谢与利用，生成许多代谢产物，进而影响人体健康。

因此，本文详细讨论蛋白质对人体的影响，肠道菌群与蛋白质的相互作用，肠道微生物群代谢产物的影响，文末有人体对蛋白质的需求量及相关食物补充说明。

我们先来看一下蛋白质的消化分解过程。

蛋白质的消化分解

小肠上皮细胞消化膳食蛋白质，然后吸收氨基酸和肽是一个高效的过程。高可消化的蛋白质可能部分逃脱小肠的消化，大量的含氮物质可能从小肠转移到大肠。未消化的蛋白质和多肽通过肠道微生物和残留的胰腺蛋白酶进行蛋白水解，产生大量的微生物代谢物。

胃肠道中的蛋白质分解代谢物

Zhao J, et al., Curr Protein Pept Sci. 2019

这些微生物代谢物中有些是中间产物，有些是最终产物。大量的最终产物主要是短链脂肪酸、氨、多胺、硫化氢、酚类和吲哚类化合物。

这些细菌代谢物中的一些可以被运输到结肠细胞，并根据其在腔内的浓度对这些上皮细胞产生有益或有害的影响。一些细菌代谢产物被输送到门脉血，对肝脏和周围器官组织产生各种生理作用（这些代谢物在健康中发挥的作用详见本文后面章节）。

肠道微生物群在膳食蛋白质分解代谢中作用

宿主饮食对肠道微生物群的分布和活性有很大影响。膳食蛋白质或氨基酸调节可作为调节发酵细菌的一种方法。

在研究不同动物蛋白质来源（牛肉、鸡肉和鱼类）对人类粪便微生物群的影响的研究中，与牛肉蛋白孵育2天后，产气荚膜梭菌的数量显著增加，双歧杆菌的数量显著减少。

微生物分泌的酶直接降解分解蛋白

肠道微生物群在促进氨基酸调节以及氨基酸消化和吸收过程中的分泌方面起着至关重要的作用。

蛋白质的转换主要发生在肠道中，结肠细菌降解内源性或外源性蛋白质的效率较高。

拟杆菌属(Bacteroides)、梭状芽胞杆菌属(Clostridium)、丙酸杆菌属(Propionibacterium)、梭杆菌属(Fusobacterium)、乳酸杆菌属(Lactobacillus)和链球菌属(Streptococcus)在蛋白质水解过程中发挥着重要作用。

粪便微生物群与结肠微生物群具有不同的蛋白水解活性。粪便微生物的活性仅在球状蛋白质的蛋白质水解方面较高。

发酵过程中，复杂蛋白质首先被各种细菌肽酶、蛋白酶和内肽酶切割，释放出游离氨基酸和短肽。氨基酸和短肽然后进行发酵。蛋白质发酵产生支链脂肪酸（2-甲基丁酸酯、异丁酸酯、异戊酸酯）、有机酸、气体（H₂和CO₂）以及微量酚、胺、吲哚和氨。

Yadav M, et al., Arch Microbiol. 2018

肠道微生物参与氨基酸代谢

一些菌群可能在肠道中的氨基酸代谢中发挥重要作用，例如梭杆菌属、拟杆菌属和韦荣球菌，Megasphaera elsdenii, Selenomonas ruminantium.

肠道内的梭菌属细菌（赖氨酸或脯氨酸利用的基础细菌）是氨基酸发酵的关键驱动因素，而消化链球菌属细菌是谷氨酸或色氨酸利用的关键驱动因素。

其他例如瘤胃细菌，Selenomonas ruminantium, Megasphaera elsdenii, Prevotella ruminicola, Misuokella multiacidas, Butyrivibrio fibrisolvens, Streptococcus bovis等含有极为活跃的二肽基肽酶和二肽酶。

微生物从头合成氨基酸

肠道微生物群在产生氨基酸方面也起着关键作用，这包括从头生物合成。

例如，一些体外研究项目表明，瘤胃细菌种类，如Streptococcus bovis，Selenomonas ruminantium， Prevotella bryantii，在生理肽浓度存在的情况下参与氨基酸的从头合成。

Lin R, et al., Amino Acids. 2017

体内研究还表明，微生物衍生的赖氨酸（一种必需氨基酸）被吸收并并入宿主蛋白质。在无菌和常规化大鼠体内，将15NH₄CL中的15N并入赖氨酸的比较表明，检测到的所有15N赖氨酸均来自微生物来源。在后续研究中，这些研究人员确定约75%的微生物15N标记的赖氨酸被小肠吸收。

此外，其他体内研究项目表明，微生物衍生的赖氨酸被吸收并整合到宿主蛋白质中。与动物研究相一致，六名健康男性的样本以15NH₄Cl的形式口服15N与标记肠道微生物来源的微生物蛋白和苏氨酸有关，这些微生物来源存在于活体门静脉血流中。

对18岁以上的人样本进行了检查，这些人被提供了氮充足的饮食，并发现微生物衍生的赖氨酸和苏氨酸对游离血浆赖氨酸和苏氨酸库有显著贡献。

此外，Gill等人报告说，大肠中微生物群的富集是通过与必需氨基酸（EAA）生物合成相关的基因进行的，该生物合成基于人血浆池产生的前体。

蛋白质或氨基酸摄入对肠道微生物的影响

膳食蛋白质是均衡饮食的重要组成部分。人类无法合成多种氨基酸，因此这些氨基酸必须从食物中获取以维持健康。胃肠道微生物群组成和功能的差异可能是由于膳食蛋白质的变化。

进入结肠的蛋白质量和尿液中检测到的发酵代谢物量取决于蛋白质的消化率，蛋白质消化由蛋白质水平和来源的共同作用决定。

当进展到结肠的远端部分时，碳水化合物被消耗，pH值增加，蛋白质发酵变得更加有效。在消化过程中，蛋白质摄入量的增加总是与消化率的相对降低有关，通常会导致更多可发酵的大量营养物质进入结肠。

不同形式蛋白对肠道微生物群影响不同

蛋白质来源主要来自植物或动物来源，每种类型都具有独特的消化率和不同的降解模式，具体取决于所涉及的微生物。结肠中的细菌属参与蛋白质代谢，主要包括可能致病的拟杆菌属、大肠杆菌属和梭菌属。抑制这些潜在病原体通常与通过减少肠毒素和有害微生物代谢物的释放来恢复微生态系统平衡有关。

考虑到蛋白质来源在消化中的作用，动物来源的蛋白质，如乳品和动物蛋白的消化率普遍高于植物蛋白。然而，酪蛋白的热分解显著降低了蛋白质的消化率，增加了蛋白质的发酵程度。下面就详细来看蛋白质来源如何调节肠道微生物群。

植物蛋白

与动物蛋白相比，植物蛋白通常具有较低的蛋白质消化率，因为植物细胞壁不能消化。大豆和花生蛋白都在调节肠道有益细菌组成方面有积极的作用。

添加20%花生蛋白的饲粮改变了大鼠肠道菌群多样性，增加了双歧杆菌，降低了肠杆菌和产气荚膜梭菌的数量。增加的双歧杆菌有助于产生更多的微生物代谢物，包括乙酸和乳酸，导致肠道pH值降低，抑制有毒代谢物，如胺和苯并吡咯。

大豆已被广泛应用于人类和动物，它可以改变肠道微生物的组成，增加了埃希氏杆菌属和丙酸杆菌。系统发育分析显示，埃希氏杆菌属与志贺菌的同源性最高，两者都能在不损害肠道黏膜的情况下调节盐和水的代谢。但大豆中含有的抗营养因子会对生产性能产生负面影响，限制了其在非反刍动物中的应用。

植物蛋白被用于动物饲料行业，因为它的价格普遍低于动物蛋白，并且在食品安全方面具有一些优势。

动物蛋白

与植物蛋白相比，动物蛋白对于牲畜来说是高度易消化的。酪蛋白、脱脂奶粉和鱼粉通常用作猪的饲料，它们可以被消化成丰富的蛋白质底物并在到达大肠之前被吸收。这些动物蛋白的代谢特性有利于宿主健康，特别是，对环境应激导致仔猪断奶后腹泻的预防作用及一些植物蛋白中的抗营养因子。

酪蛋白可以被近端肠道中的宿主酶消化，从而减少大肠中细菌的降解。具体而言，酪蛋白可以增加乳杆菌和双歧杆菌，并减少粪便中葡萄球菌、大肠菌群和链球菌的数量。此外，酪蛋白可以调节直肠真杆菌和Marvinbryantia formatexigens的减少。

补充脱脂干牛奶可以增加总厌氧菌和需氧菌，而膳食鱼粉可以减少需氧菌，包括大肠菌群，并增加厌氧菌的数量，如乳酸杆菌属。

此外，动物蛋白的特点是 短链脂肪酸减少，肠道 pH 值和氨浓度增加。

显然，蛋白质来源对肠道微生物群的影响并不一致，需要更多的研究来评估不同蛋白质类型对蛋白质消化率和代谢以及肠道微生物群组成的影响。

蛋白质摄入量与肠道菌群

膳食蛋白质的浓度是影响蛋白质发酵和肠道微生物组成的主要因素。

更高的水平和未消化的蛋白质会导致致病微生物的增加，从而增加代谢疾病的风险。

Zhao J, et al., Curr Protein Pept Sci. 2019

未被小肠吸收的残留含氮化合物将被转移到远端肠道，并被该位置微生物代谢。微生物代谢物的数量和种类均受膳食蛋白质摄入量的影响。

有些微生物代谢物是有毒的，例如硫化氢、氨和吲哚化合物，并可能对宿主健康产生负面影响。有些代谢物是参与宿主各种生理过程的生物活性分子。

此外，由于肠道微生态系统的稳态破坏和有益菌的减少，高浓度的蛋白质补充会导致潜在病原体数量增加。膳食蛋白质改变的肠道微生物群，通过调节肠道屏障功能、肠道运动和免疫系统来影响宿主代谢。

结肠中过量蛋白质发酵影响肠道微生物群变化

未消化蛋白质的增加与蛋白质摄入水平高、蛋白质消化率相对降低和氨基酸组成不平衡有关。结肠中多余蛋白质的降解始于细菌蛋白酶和肽酶将蛋白质水解成较小的肽和氨基酸。这些含氮化合物会影响肠道微生物群，尤其是结肠。

稍低蛋白浓度有助于减少大肠杆菌，但蛋白浓度过低会增加潜在致病菌

相对低浓度的膳食蛋白质会减少致病菌增殖的底物量。例如，人类饮食中低浓度的蛋白质导致粘膜表面的大肠杆菌群落减少。在较低蛋白质条件下肠道微生物的变化会产生毒性较小的含氮细菌代谢物，例如多胺。

然而，当饮食中蛋白质的浓度过低而不能满足宿主的基本需要时，就会增加潜在病原体的丰度，减少有益菌的数量。

具体来看一项关于蛋白浓度变化对肠道菌群影响的研究。

断奶动物

蛋白水平适量：

当断奶动物饲喂100-200g/kg的膳食蛋白质时，粪便中需氧菌和厌氧菌的数量会增加，这些蛋白质水平会导致肠道中乳酸杆菌的增加以及大肠菌群和葡萄球菌的减少。

蛋白水平过高：

然而，当膳食蛋白质水平大于 200 g/kg 时，致病菌数量会增加，例如大肠菌群、链球菌和芽孢杆菌。

蛋白水平过低：

低浓度的膳食蛋白质会减少产丁酸菌（这些菌群是抗癌和其他肠道疾病的抗炎剂），包括乳酸杆菌、双歧杆菌、saccharolytic（糖酵解菌）。

成年动物

成年动物中，在蛋白质水平的微小变化下，肠道微生物群相对稳健。例如，当成年动物分别用 190 g/kg 和 150 g/kg 蛋白质喂养时，粪便样本中的细菌数量几乎没有差异。

在成年动物中，只有当蛋白质水平发生重大变化时，才能观察到微生物群的变化。

低蛋白饮食还与低浓度的氨、血浆尿素氮和回肠食糜中的短链脂肪酸含量有关。肠道中的氨不是来自宿主脲酶活性，而是来自蛋白水解和微生物活动。因此，回肠食糜中低浓度的氨可能表明蛋白质代谢降低。

蛋白质发酵产物对肠道微生物的影响

大部分膳食蛋白质在小肠中消化，但蛋白质摄入过多会导致结肠输入量增加。结肠中多余蛋白质的降解始于蛋白质被细菌蛋白酶和肽酶水解成更小的肽和AA，这些蛋白酶和肽酶在中性至碱性pH下更为活跃。这些残余蛋白质不仅提高了肠道pH值，而且还可供结肠微生物进一步代谢。

然而，碱性pH有利于病原体增殖，对肠道健康不利。此外，由于向肠道微生物群过量供应膳食蛋白质而导致的蛋白质发酵也被视为肠道疾病发展的一个因素。

虽然有报道称结肠蛋白输注过多会产生有害影响，仍有一些争议，但似乎较低量的蛋白到达远端肠道可能会降低腹泻的发生率，并抑制病原菌的增殖，特别是在应激情况下，如感染高压。

蛋白质的发酵通常与蛋白质发酵细菌以及潜在致病菌的生长有关。通过培养基分析，至少拟杆菌属和丙酸杆菌以及各种杆菌被鉴定为蛋白水解细菌，其中一些细菌的基因组中携带丝氨酸和其他蛋白酶的基因。

氨基酸为细菌提供代谢底物

饮食和内源性来源的蛋白质和氨基酸对于肠道微生物群的生长和存活是必要。

蛋白质水解后，释放的肽和氨基酸被宿主和胃肠道中的细菌用于各种代谢活动，虽然一些细菌缺乏使用细胞外氨基酸的特定转运体。

胃肠道中许多细菌的理想氮源是氨基酸和NH3，可能是因为它们缺乏必要的肽转运蛋白。然而，如瘤胃前置杆菌等细菌利用肽作为氮的唯一来源。这些肽最初被输送到瘤胃前置杆菌的细胞中，然后直接使用或水解成FAAs。通常，肽、氨基酸和NH3可用于细菌细胞成分的生产或通过各种途径分解代谢。这些过程可能对身体产生有利或不利的影响。

蛋白质摄入与肠道屏障

肠道是一个具有高度蛋白水解活性的部位，主要由微生物群介导。这些蛋白水解代谢物以及肠道微生物（可通过蛋白质水平改变）通过调节紧密连接蛋白和Zonulin在调节肠粘膜屏障中发挥重要作用。

Ma N, et al., Curr Protein Pept Sci. 2017

肠道微生物通过调节紧密连接蛋白ZO-1和ZO-2的表达来影响肠道上皮屏障。研究表明，在高蛋白饮食(HPD)中增加双歧杆菌可有效缓解结肠上皮细胞膜屈曲，上调ZO-1表达，有利于紧密连接修复。

相反，低蛋白饮食(low-protein diet, LPD)或正常蛋白饲粮(normalprotein diet, NPD)通过降低肠上皮通透性，降低大肠杆菌水平，从而上调ZO-1的表达。抑制大肠杆菌生长也可上调ZO-2的表达，从而保护肠上皮细胞，修复上皮屏障。

连蛋白Zonulin是唯一已知的细胞间紧密连接的生理调节剂，可能是微生物群和紧密连接蛋白之间的一种可能的调节剂。

Zonulin可逆且快速地调节肠道通透性，其在遗传易感个体中的上调可能导致免疫介导的疾病。其释放将由细菌数量的变化触发。

在上皮细胞中结合其受体后，该复合物导致紧密连接的开放并增加肠道通透性。

研究人员选择了4种细菌菌株作为兴奋剂，包括3种大肠杆菌菌株和1种沙门氏菌菌株，它们都是病原体，HPD增加。它们都释放了Zonulin并改变了细胞旁通透性。同时，观察到ZO-1从紧密连接复合物重新分布到细胞单层。

此外，不同的细菌会导致不同水平的Zonulin分泌，这会在不同程度上改变肠道屏障功能，反映微生物和肠道之间的急性调节。

氨基酸不均衡会诱发肠道问题

膳食蛋白质中的氨基酸可通过调节肠道微生物群组成间接影响肠道形态。此前有研究报道，低赖氨酸玉米蛋白会导致肠道绒毛高度降低，隐窝深度加深，提示肠道黏膜的损伤是由于饲粮中氨基酸比例失衡所致。

小肠上皮细胞可将氨基酸和其他营养物质吸收到血液和器官中，营养不良对肠道微生物群的干扰和影响可能导致肠道形态受损。

断奶时观察到的腹泻可以通过低蛋白质水平和平衡氨基酸组成来缓解。然而，饮食中氨基酸的不平衡可能损害肠道形态，增加腹泻风险。因此，饮食中氨基酸失衡会抑制蛋白质吸收，导致肠上皮增生。

注意蛋白过敏或不耐受诱发的肠道问题

大豆中的粗蛋白质相对较高，约为40%，主要由球蛋白组成，球蛋白由伴大豆球蛋白和大豆球蛋白组成。这些球蛋白具有免疫原性和热稳定性。

大豆蛋白补充剂中抗原复合物的形成，如大豆球蛋白、β-伴大豆球蛋白和免疫球蛋白抗体，可能是刺激过敏反应和腹泻的原因。大部分膳食蛋白质在消化后降解为肽和氨基酸。

然而，还有一种可能性是，其他分子如一种抗营养因子，可以通过肠上皮细胞进入血液和淋巴。大豆中具有抗原活性的抗营养因子可刺激宿主的免疫应答。

免疫反应由具有IgE分泌的T淋巴细胞介导，其对肠道形态具有负面影响，导致绒毛损伤和隐窝细胞增殖。

此外，上皮细胞中消化酶活性的降低可能与吸收功能失调和肠道微生物群组成多样性减少有关。

由于其抗原性，膳食大豆蛋白可能有利于病原体增殖，这些抗原也可能是对粪便微生物群一致性产生不利影响的因素。

对大豆蛋白的超敏反应可能导致对病原体过度生长的更高易感性，主要包括蛋白质代谢细菌以及肠致病性大肠杆菌。

大豆蛋白和其他植物蛋白通常含有抗营养因子，包括可溶性非淀粉多糖含量升高，可能增加断奶仔猪腹泻的发生率。

在大豆蛋白质代谢过程中，会产生各种毒素，如组胺、尸碱和腐胺，这些毒素会破坏肠壁，增加肠上皮细胞的通透性。当病原体在管腔内定植时，可能发生肠道微生态失调。

大豆蛋白被认为是一种相对健康的蛋白质来源。大豆经加工处理后，抗原活性有所降低，抗营养因子显著降低。Pepsin-hydrolysate conglycinin (PTC)是一种治疗后从球蛋白中提取的小肽，具有降低高血压、抗氧化和免疫刺激等药理和生理活性。

伴大豆球蛋白是大豆贮藏蛋白的组分之一，经消化和酶处理后以PTC的形式发挥作用。PTC可以抑制病理性大肠杆菌的生长，无时间依赖性，并且在 大肠杆菌E. coli O138激发后也被激活以预防疾病。

伴胰球蛋白-胃蛋白酶水解物参与调节肠道微生物群落平衡和维持肠道完整性。当肠道微生态系统的稳态受到干扰时，生物活性肽可在预防与肠道疾病相关的疾病中发挥重要作用。PTC还通过产生胃蛋白酶介导的双歧杆菌生长刺激肽促进双歧杆菌的生长。然而，PTC对E. coli O138的抑制作用的潜在机制尚不清楚，需要进一步的研究来阐明。

酪蛋白与肠道微生物群

酪蛋白具有特殊的氨基酸组成，可以诱导肠道氨基酸转运蛋白基因的转录水平。肠道微生物群的组成和功能也受到氨基酸平衡改变的影响。

CAT1

阳离子氨基酸转运蛋白（CAT1）参与赖氨酸和精氨酸的转运。研究表明，对十二指肠和回肠中的CAT1没有显著影响。相反，与空肠中的膳食玉米醇溶蛋白相比，补充酪蛋白的CAT1表达水平更高。

因此，可以合理地得出结论，酪蛋白可促进赖氨酸和精氨酸的积累，这与补充酪蛋白的赖氨酸含量高于膳食玉米醇溶蛋白的报告一致。

肠道中赖氨酸和精氨酸的变化可能有助于酪蛋白对肠道微生物群的影响。CAT1的表达随着饮食中赖氨酸水平的增加而上调。

EAAC1

兴奋性氨基酸载体1（EAAC1）参与天冬氨酸和谷氨酸的转运，其作用类似于CAT1。EAAC1在十二指肠中的表达水平被膳食玉米醇溶蛋白下调，而在空肠和回肠中，补充酪蛋白的EAAC1表达水平高于玉米醇溶蛋白或大豆蛋白。

PePT1

此外，肽转运蛋白1（PePT1）的表达也受到不同蛋白质来源的调控。与植物蛋白相比，膳食酪蛋白在所有肠段都有更高的PepT1表达。

因此，具有平衡氨基酸组成的膳食酪蛋白可以促进氨基酸和肽转运蛋白的表达。这种表达可以加速功能性氨基酸在肠道环境中的运输。

赖氨酸、天冬氨酸和谷氨酸在管腔中的浓度受不同蛋白质来源的不同处理的影响。这些变化可以影响特定代谢物的衍生和转化途径，改变生理功能，改变肠道内的微生态平衡。

氨基酸还通过合成细菌蛋白质以及与肠道微生物群的相互作用对微生物组成起重要作用。

菌群发酵蛋白质主要副产物

短链脂肪酸

短链脂肪酸(SCFA)是细菌在大肠内代谢的最终产物，主要成分为乙酸、丁酸和丙酸。短链脂肪酸的基质主要来自膳食纤维和抗性淀粉。

然而，未消化的蛋白质也是短链脂肪酸产物的底物。膳食蛋白质在大肠中释放的几种氨基酸是短链脂肪酸合成的前体。肠道微生物可以从甘氨酸、丙氨酸、苏氨酸、谷氨酸、赖氨酸和天冬氨酸中产生乙酸盐。

谷氨酸和赖氨酸可以合成丁酸，丙氨酸和苏氨酸可以合成丙酸。

短链脂肪酸产物的数量和形态主要取决于营养物质的底物可得性、肠道菌群组成和肠道传递时间。短链脂肪酸是已知的氧化和使用作为燃料的结肠上皮。

此外，SCFA可以靶向游离脂肪酸受体(FFAR)配体转运到结肠肠细胞，FFAR代谢感知的激活在调节肠道脂肪沉积和营养物质吸收中发挥重要作用。

短链脂肪酸与肠道血流相互作用，促进5-羟色胺的释放，这可能受到肠道-脑内分泌轴的调节。这有助于增加肠道运动和离子转运，从而改变肠道菌群组成和免疫防御。

SCFA参与多种生理过程，在维持肠道完整性、葡萄糖稳态和食欲调节中发挥重要作用。除了为结肠细胞提供能量外，丁酸盐也是SLC5A8的底物。该蛋白编码基因抑制组蛋白去乙酰化酶的活性，而组蛋白去乙酰化酶是一种表观遗传调节因子，在多种肿瘤中诱导细胞凋亡。丁酸可以通过上调宿主防御肽的表达来刺激中性粒细胞群体，有利于破坏病原体，增强抗病能力。

氨

氨在大肠中以毫摩尔浓度存在。与远端结肠相比，近端结肠的特点是pH值低，碳水化合物含量高。因此，从升结肠到降结肠，氨浓度升高，这与远端结肠的蛋白质代谢率高于近端结肠是一致的。

大肠中的氨浓度主要是与氨基酸脱氨和尿素水解有关的微生物代谢物。肠道菌群可利用氨，氨可被上皮细胞吸收。尿素在肠道内的水解是通过细菌脲酶活性进行的。

虽然幽门螺杆菌的脲酶活性已经得到了充分的研究，但关于其他大肠微生物的脲酶活性的信息却很少。最近的一项研究报道，部分氨被谷氨酰胺合成酶的活性与l -谷氨酸缩合，使谷氨酰胺合成。这是一种可能的机制，以控制氨细胞内浓度在结肠细胞。

硫化氢 (H₂S)

硫化氢(H₂S)是蛋氨酸、半胱氨酸等含硫氨基酸发酵产生的一种微生物代谢物。H₂S也来源于无机硫酸盐和亚硫酸盐添加剂的还原，以及肠道磺胺类物质的分解代谢。

肠道微生物能够通过脱硫酶从半胱氨酸碳链中获得能量。甲硫氨酸可转化为α-酮丁酸酯、氨和甲硫醇。这些代谢物归因于一个特定的分类组的细菌，包括大肠杆菌、肠沙门氏菌、梭菌和产气肠杆菌，通常在大肠中发现。

肠杆菌、肠球菌、肠链球菌、梭杆菌和真细菌能够发酵含硫氨基酸。

多胺

多胺是由精氨酸、鸟氨酸和蛋氨酸等氨基酸前体的结肠细胞产生的聚阳离子分子。从结肠癌中分离出来的结肠上皮具有高的多胺合成能力，这可能是由于肿瘤细胞持续有丝分裂需要高的多胺。

肠道微生物可从鸟氨酸、精氨酸、赖氨酸、酪氨酸和组氨酸等氨基酸前体产生腐胺、胍胺、尸胺、酪胺和组胺等多种多胺。

多胺参与细菌细胞的生长、增殖、分泌和运输活动。大肠生态系统中能够产生多胺的大肠细菌有多种，包括拟杆菌属(Bacteroides)、乳杆菌属(Lactobacillus)、Veillonella、双歧杆菌属(Bifidobacterium)和梭状芽胞杆菌属(Clostridium)。因此，肠道菌群组成是影响结肠多胺分布和分配的因素之一。

苯酚和吲哚

结肠中苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸等芳香族氨基酸可被特定的肠道微生物代谢为酚类和吲哚类化合物。

然而，芳香氨基酸的代谢与结肠微生物群的特定组分之间的相互作用还没有充分的研究。一些代谢产物如酚和吲哚，被怀疑为共致癌物和结肠癌促进剂。

已知发酵芳香氨基酸的厌氧菌包括大肠中的拟杆菌、乳酸菌、双歧杆菌、梭状芽胞杆菌和胃链球菌。与结肠中的其他氨基酸相比，芳香氨基酸在细菌中代谢缓慢。它们可以生产一系列的酚类和吲哚类化合物作为最终产品，如对甲酚、吲哚、酚和粪臭酚。

据报道，酪氨酸可产生苯酚和对甲酚，而苯乙酸和色氨酸在人体浆发酵过程中分解为吲哚乙酸盐和吲哚。

在一项研究中，远端结肠中的酚类化合物浓度增加，表明大肠远端区域的氨基酸代谢较高。吲哚和酚类代谢物的浓度取决于细菌产生率和结肠吸收率之间的平衡。酚类化合物似乎大部分被结肠内容物吸收。它们在从管腔转移到血液和肝脏的过程中部分代谢，最后通过尿液排出。

对无菌和常规小鼠血浆代谢物的对比分析表明，无菌小鼠的色氨酸和酪氨酸水平至少增加了1.5倍。涉及这些芳香族氨基酸的细菌代谢产物包括硫酸吲哚氧基、硫酸苯酯、硫酸对甲酚和苯丙酰甘氨酸，仅在常规小鼠中发现。

关于酚类和吲哚类化合物对结肠上皮细胞的影响知之甚少。体外实验表明，苯酚会降低屏障功能的完整性。需要注意的是，当苯酚浓度高于1.25 mM时，它会损害结肠上皮细胞。

如果蛋白质摄入过量，或者肠道里消化蛋白质的菌群构成不理想，那么蛋白质发酵发生的胺，硫化氢，苯酚等肠道毒素过量积累，会诱发肠道炎症，便秘，腹胀等问题，因此正确摄入适量优质蛋白对于维持肠道菌群和身体健康很重要。

蛋白质摄入要因人而异

实际上，我们摄入的一些蛋白质可以转化为葡萄糖，特别是当蛋白质的消化速度快且人体糖原储存量低时，有些蛋白质可以被微生物群发酵，特别是当蛋白质的消化速度慢时。

每个人对蛋白质的需求量各不相同，比如经常运动人群和久坐人群对蛋白质的需求量不一样，孕妇、老人、儿童、肥胖等群体都有各自不同的需求。当然，每个人的不同状态对蛋白质的需求量也都不同，比如爬山的一天，和在家刷剧的一天，也是不一样的。

因此，我们说最佳每日蛋白质摄入量取决于你的身高体重、健康状况、目标、身体活动水平。

素食主义者对蛋白质的需求较高，因为植物蛋白在生物利用度上通常不如动物蛋白。植物蛋白消化率为 60-80%，而动物蛋白消化率超过90%.

注意植物蛋白的较难消化吸收

因为植物含有抑制蛋白质消化和吸收的抗营养物质，如胰蛋白酶抑制剂、植酸盐和单宁。虽然烧熟后确实降低了抗营养物质的浓度，但并不能完全消除它们。

另外，植物性蛋白质也含有限制性氨基酸，这些氨基酸是必须氨基酸但数量太少，以至于不够蛋白质的合成所需。

注：限制性氨基酸是指食物所含必需氨基酸的量与动物所需的蛋白质必需氨基酸的量相比，比值偏低的氨基酸。比如说一种食物里特别缺少某一种氨基酸，即使其它的氨基酸含量很高，因为这个氨基酸导致它的各个氨基酸比例不平衡。人体对这种食物的吸收依然不理想，这种氨基酸就叫限制性氨基酸。

结合不同的植物性蛋白质可以帮助弥补它们各自的不足。

摄入蛋白注意其氨基酸构成

比如说，赖氨酸是最常见的限制性氨基酸，特别是在谷类中，如小麦和水稻。坚果往往也含有赖氨酸作为限制性氨基酸。另一方面，豆类含有足够的赖氨酸，可以弥补，但缺乏硫氨基酸，如蛋氨酸和半胱氨酸。

蛋白质能否被人体吸收利用，还应该考虑蛋白质的氨基酸组成。

因此，了解一下评估蛋白质的另一个标准：氨基酸的组成。

氨基酸组成

蛋白质由氨基酸组成，身体可以合成其中一些氨基酸，而另一些则不能。

需要但不能合成、需要从食物中摄取的九种氨基酸被称为必需氨基酸(EAA)。

氨基酸：成人的需求和不同食物的含量

World Health Organization. Protein and Amino Acid Requirements in Human Nutrition

人群范围蛋白质摄入量如何？

使用谷禾检测人群，基于肠道菌群分析营养膳食摄入构成，图中给出了蛋白质占总能量摄入的占比，正常比例在10~20%范围。可以看出0~3岁蛋白质占比较高，3~15岁蛋白质占比较低，80~100岁比例又进一步下降。

<谷禾健康肠道菌群检测数据库>

结 语

蛋白质代谢与肠道菌群密切相关。膳食蛋白质在小肠中被蛋白酶和众多肽酶代谢，膳食蛋白质释放的氨基酸可用于肠道微生物合成蛋白质。这反过来又促进了饮食、微生物群和宿主之间的氮循环和利用。

不同的细菌有不同的代谢能力，依靠我们摄入的营养物质繁殖生存，其中拟杆菌属(Bacteroides)、梭状芽胞杆菌属(Clostridium)、丙酸杆菌属(Propionibacterium)、梭杆菌属(Fusobacterium)、乳酸杆菌属(Lactobacillus)和链球菌属(Streptococcus)在蛋白质水解过程中发挥着重要作用。通过肠道菌群检测评估的蛋白质摄入水平显示不同人蛋白质摄入及营养占比差异很大，过高或者过低均伴随肠道菌群问题，包括过低导致潜在病原体数量增加，有益菌减少，同时导致部分氨基酸缺乏，过高又导致例如大肠菌群、链球菌和芽孢杆菌增殖，蛋白质发酵产生的副产物如，腐胺，苯酚，硫化氢等增诱发便秘，腹痛等健康问题。

除了蛋白质的摄入量，不同的蛋白形式，如植物蛋白，乳蛋白、动物蛋白以及蛋白质与其他营养摄入的相对比例构成，如膳食纤维、抗性淀粉、脂肪、微量元素等的比例都会影响肠道菌群进而反过来影响其消化降解，改变氨基酸的合成和代谢，最终影响宿主营养代谢健康。

总之，我们提倡膳食平衡，没有特殊情况不建议盲目补充蛋白粉等，建议从膳食结构调整保证营养均衡，从而使各种营养都能达到生长发育和身体健康的生理需要量，这同时要关注肠道菌群状况，因为他们是相辅相生。

常见食物中氨基酸含量见附录。

附录

供人类食用的植物性食品中总氨基酸的含量

(肽结合氨基酸加上游离氨基酸) mg/g

Amino Acids in Nutrition and Health, 2021

人类动物性食品中总氨基酸的含量

(肽结合氨基酸加上游离氨基酸)mg/g

Amino Acids in Nutrition and Health, 2021

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主要参考文献：

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如何通过喂养菌群产生丁酸调节人体健康

谷禾健康

我们知道肠道菌群代谢产生短链脂肪酸，丁酸是短链脂肪酸之一，它支持消化系统健康和疾病预防，地位不容小觑。

丁酸作为一种有效的调节因子，是宿主-微生物串扰的关键介体。本文整理了丁酸盐的特性，探讨其健康益处及改善健康的潜力。

01
丁酸盐

肠道菌群消化膳食纤维，并将它们转化为多种有机化合物，这些化合物对人体健康有益，包括氨基酸、短链脂肪酸等。内源性丁酸主要是肠道内产丁酸细菌利用糖类发酵产生一类短链脂肪酸。

丁酸在体内可以通过脂肪酸氧化为机体供应能量，是肠道上皮细胞的主要供能物质。丁酸与机体健康密切相关，对调节肠道健康、抑制炎症及癌症等病症意义重大。在养殖业中常添加丁酸盐保护动物健康生长，如预防断奶仔猪腹泻、调节鸡肠道菌群并增强其免疫力等。

02
健康益处

1、 为肠道细胞提供燃料

丁酸盐是结肠细胞的主要能量来源，结肠细胞是构成肠道内壁的细胞。

与身体中使用糖（葡萄糖）作为主要能量来源的大多数其他细胞不同，肠道内壁细胞（结肠细胞）主要使用丁酸盐。如果没有丁酸盐，这些细胞就无法正确执行其功能。

厚壁菌属的成员以产生丁酸盐而闻名，像Roseburia，Faecalibacterium prausnitzii，直肠真杆菌 E.rectale 等。

这种关系是相互的。丁酸盐为结肠细胞提供燃料，作为回报，这些细胞有助于提供一个无氧环境，有益的肠道微生物在其中茁壮成长。这可以控制炎症，保持肠道细胞健康，并使肠道细菌保持健康。

2、 促进肠道运动

丁酸盐还可以穿过上皮屏障，通过连接胃肠道、脾脏和肝脏的肝门静脉进入循环。肝脏似乎是内脏产生的SCFA的主要库，它们可能通过β-氧化代谢，用于合成酮体或转化为AcCoA。

最近的研究发现，外周血短链脂肪酸水平与膳食中溴的摄入量相关，这表明丁酸盐是通过循环运输的，其他器官可能会受到丁酸盐浓度变化的影响。

短链脂肪酸转运体的表达受到短链脂肪酸存在的调控，未在结肠中代谢的短链脂肪酸通过门静脉进入肝脏，作为肝细胞的能量底物，因此在体循环中只留下极少的丁酸。

实验室研究表明，丁酸盐通过作为SCFA受体的配体和激活剂，诱导肠道激素肽YY24或介导肠嗜铬细胞释放5-羟色胺来促进肠道运动。

★ 增强电解质吸收

丁酸盐通过上调Na+-H+交换器和诱导ATPase离子交换器基因来增强水和电解质的吸收。并且可能有益于预防某些类型的腹泻。

3、 激活AMPK

丁酸盐激活AMPK (AMP-activated protein kinase, AMPK)。AMPK的作用是促进细胞内的平衡。它在我们的新陈代谢功能中也扮演着重要的角色。一些科学家把减肥归功于AMPK的激活。

在有和没有NAFLD的小鼠中，当AMPK被激活时，肝脏中的脂肪水平下降，也就是说，新的脂肪产生减慢，现有的脂肪被代谢。此外，在喂食高脂肪食物的小鼠中当AMPK被激活时，小鼠的体重增加和肥胖缓解，肝脏炎症的迹象也更少。

AMPK对食欲调节至关重要。它在减肥方面也有重要作用。

刺激AMPK促进自噬。这个自然过程是细胞破坏和消耗老细胞。最后，肠道内的细胞变得更强壮。由于激活AMPK，丁酸盐帮助结肠细胞维持其4 – 5天的生命周期。有了健康细胞的存在，小肠的紧密连接变得更加强健。

反过来，来自器官的颗粒和毒素不会渗透导致肠漏的问题。因此，丁酸盐可以帮助修复肠道内壁。

4、 抗氧化能力

丁酸盐保护细胞免受有害物质的侵害，以维持肠道健康。

说起抗氧化，我们先了解一下自由基。它基本上是体内化学反应产生的废物。另一方面，抗氧化剂是身体抵御它们的防御措施。大量自由基会造成损害并压倒身体的修复系统。我们称之为氧化应激。氧化应激被认为是导致衰老和疾病的一个重要因素。

丁酸增加谷胱甘肽，可以中和自由基

结肠或大肠是身体产生的废物的储存容器。较高的丁酸盐水平已被证明会增加谷胱甘肽的水平，谷胱甘肽是一种在人体细胞中产生的抗氧化剂，可以中和肠道中的自由基（自由基与炎症和许多疾病有关）。

5、 防止肠漏

肠道内壁需要丁酸盐来保持健康和正常运作。

肠道内壁是肠道屏障。它促进绒毛的生长，微小的手指状挤压物排列在肠道内，并增加粘蛋白的产生，粘蛋白是一种覆盖肠道内部的凝胶状物质。它选择性地让维生素和矿物质等物质离开肠道，进入血液，并到达需要它们的地方。同样，它可以阻止毒素、病原体和食物化合物进入血液。

当屏障健康时，称为紧密连接的小孔会放松，让水和营养物质通过。

一些习惯，比如频繁吃零食，会阻止这些紧密连接在两餐之间的关闭，因此细菌和不需要的物质会进入血液，于是肠漏就发生了。

肠道微生物从膳食纤维中产生的丁酸盐提供了肠道内壁细胞所需的燃料。通过这样做，它可以保持肠道内壁的完整性，防止发生肠漏。

6、 抗炎、抗癌特性

丁酸盐对肠道具有抗炎和抗癌功能。

肠道内壁会保持低水平的炎症，以防与微生物群接触的粘膜表面发生任何变化。低水平的炎症受到严格控制，但如果它被破坏，会导致氧化损伤，并在很长一段时间内导致癌症。

丁酸盐会阻止体内的一些促炎物质发挥作用。丁酸盐的抗炎作用可减少氧化应激并控制自由基造成的损害。

丁酸盐的抗炎特性，部分原因是其抑制转录因子核因子-κB (NF-κB)的激活，通过下调NF-κB信号通路，丁酸盐可以调节促炎细胞因子的产生。

丁酸盐对免疫功能的调节作用

前面我们知道，丁酸盐通过直接诱导上皮中的紧密连接蛋白来增强肠粘膜屏障。此外，丁酸盐诱导ILC3细胞分泌IL-22进一步增强了这种作用。通过与GPCR 43和41的相互作用，丁酸抑制中性粒细胞的促炎细胞因子分泌。丁酸通过GPCR直接作用于巨噬细胞和树突状细胞，并通过增加Foxp3 T细胞调节T细胞功能，同时抑制产生IFN-ɣ的T细胞。丁酸增加5-羟色胺的产生，也是HDAC的抑制剂。它通过这些途径调节B细胞功能，增加抗炎细胞因子IL-10，同时降低IL-17。丁酸盐通过增加B细胞的IgA和IgG抗体反应，增强特异性免疫和抑制自身免疫。

抗炎 -> 抗癌

丁酸盐也是一种组蛋白脱乙酰酶（HDAC）抑制剂。组蛋白脱乙酰酶是大多数癌症中产生的酶。因为丁酸盐是一种抑制剂，它实际上会改变基因表达，抑制细胞增殖，诱导细胞分化或凋亡。因此，它可以阻止癌细胞的发展。

03
参与调控疾病发生发展

炎症性肠病

炎症性肠病（IBD）是一种慢性肠道炎症性疾病，有两种主要亚型：克罗恩病和溃疡性结肠炎。

虽然IBD的确切发病机制尚不完全清楚，但IBD涉及遗传、肠道微生物群和粘膜免疫等多种影响因素之间的复杂相互作用，包括先天性和适应性免疫反应。

据报道，在这两种IBD亚型中，产生丁酸的肠道微生物减少。丁酸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，以及通过降低环氧合酶-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。

肠粘膜溃疡是IBD的主要表现之一，丁酸对肠上皮细胞生长和细胞死亡过程的影响已被充分证明。

根据整体稳态条件，丁酸酯已被证明对人类结肠上皮细胞具有生长刺激或凋亡特性。此外，在人和大鼠来源的结肠细胞培养物中，丁酸已被证明能减少氧化应激引起的DNA损伤。

母乳通过丁酸保护宝宝的抗炎环境

据报道，母乳喂养等早期接触对IBD的发展和发病机制具有保护作用。母乳通过其代谢物丁酸诱导紧密连接蛋白和粘液产生基因的表达，从而诱导新生儿胃肠道的抗炎环境。

前面章节我们了解到，当肠道屏障完整时，炎性体具有保护作用，但一旦屏障被肠道失调破坏，炎性体的激活和免疫细胞的募集与粘膜炎症相关——这是IBD持续炎症的另一个主要病理生理机制。

在肠炎症的体外共培养模型中，丁酸已被证明可调节促炎症信号并抑制几种核苷酸结合寡聚化结构域样受体-3（NLRP3）炎症体标记物。

丁酸盐结合其他疗法

一项研究报告称，当IL-1β被其他IBD疗法（如5-ASA）抑制时，丁酸盐显著降低IL-8分泌，从而降低IL-8介导的趋化性，突出了单独丁酸盐不一致临床反应背后的机制，以及丁酸盐与IBD其他治疗方式相结合的可能性。

通过添加产丁酸菌改善屏障完整性

通过添加产丁酸菌（prausnitzii杆菌、白痢丁酸球菌和六种丁酸产生菌的混合物）来增加克罗恩病患者的微生物群中的产丁酸菌，从而改善体外上皮屏障完整性。

丁酸治疗潜力

由于丁酸治疗的反应不一致，可能在某种程度上由于剂量、持续时间和配方标准化的变化，目前丁酸在IBD中的适用性最多被视为补充治疗。

丁酸盐显示出更一致有效性的一个领域是转移性结肠炎，这是一种术后表现，当结肠的一部分失去连续性时，丁酸盐消耗被认为是导致炎症的主要因素。虽然手术治疗或结肠再连接或切除转移是一种更确切的治疗方法，但在考虑医疗管理时，丁酸灌肠已被证明具有治疗价值。

癌症

丁酸盐使肠道环境保持稳定，并且是膳食纤维对某些癌症的保护作用的一部分。

肠癌，是西方世界的主要健康负担，主要归咎于饮食。膳食纤维含量低的饮食会影响肠道中的细菌。结肠细胞需要丁酸盐作为能量，如果它们没有能量，就无法工作。

低膳食纤维 -> 丁酸盐↓ -> 肠癌

丁酸盐是由肠道细菌从植物性食物中的益生元纤维中产生的。如果肠道内的细胞无法工作，与肿瘤进展相关的细胞就会茁壮成长，接着会发出炎症信号并导致肿瘤发展。因此，低膳食纤维会使丁酸盐的产生减少，是肠癌的危险因素。

结直肠癌

据报道，结直肠癌患者包括丁酸盐在内的短链脂肪酸水平较低。

丁酸盐对肠上皮细胞的增殖具有双面作用，一方面支持健康细胞处于稳态，但另一方面抑制癌症诱导的过度增殖。丁酸钠已被证明以p-53非依赖性途径诱导人结肠癌细胞系凋亡。丁酸盐还可以防止氧化应激和DNA损伤。

据报道，丁酸盐还通过多种途径具有癌症保护作用，包括抑制神经纤毛蛋白-1（NRP-1）、抑制丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）信号通路、差异调节Wnt-β-连环蛋白信号通路、上调microRNA miR-203和促进细胞凋亡，和促增殖miR-92a的抑制。

由于饮食模式在结直肠癌发病中的作用已得到充分证实，大多数人体试验研究了通过改变膳食纤维摄入量进行干预的方法，并报告了结直肠癌复发风险的降低。

代谢相关疾病

越来越多的证据表明饮食、肠道微生物群和代谢紊乱之间存在复杂的相互作用。

★ 肥胖

对人类的研究表明，肥胖和瘦人群的肠道细菌存在差异，微生物多样性的减少与胰岛素抵抗和血脂异常有关。

包括丁酸盐在内的SCFA可通过激活肠细胞内的FFAR来降低食欲和体重。这促进胰高血糖素样肽1（GLP-1）和肽YY（PYY）的释放，前者促进胰岛素分泌并抑制胰高血糖素分泌，后者降低食欲并减缓胃排空。

SCFA还能减少所谓的“饥饿激素”——ghrelin的分泌；FFAR2存在于ghrelin分泌细胞上，包括乙酸盐和丙酸盐在内的FFAR2激动剂可减少ghrelin分泌。

也有证据表明短链脂肪酸作用于交感神经系统，交感神经节中FFAR3的激活导致能量消耗增加。

然而，关于丁酸盐对食物摄入的影响，有相互矛盾的结果报道。

食物摄入量减少 -> 抗肥胖

有研究发现，丁酸盐在9天内使喂食HFD的小鼠的食物摄入量减少了22%。这与直接服用丁酸后GLP-1和PYY分泌增加有关。FFAR3基因敲除小鼠减少了丁酸刺激的GLP-1分泌，尽管丁酸减少了体重增加和食物摄入的程度与野生型小鼠相似，这表明FFAR3和GLP-1对于丁酸的抗肥胖作用不是必需的。

另一研究发现类似的结果，在HFD喂养的小鼠中，急性口服(而非静脉注射)丁酸盐在24小时内减少了21%的食物摄入量，而丁酸盐的慢性补充在9周内减少了相似量的摄入量。

在迷走神经切断术后，丁酸盐并没有改变小鼠的食物摄入量，因此作者认为丁酸盐通过肠-脑神经回路诱导饱腹感。这可能与GLP-1有关，因为GLP-1作用于迷走神经。

食物摄入量增加，体重不变 -> 抗肥胖

相反，有研究表明，在1-10周的四个测量时间点，补充丁酸盐可增加HFD喂养小鼠的食物摄入量。尽管增加了食物摄入量，但补充丁酸盐的小鼠体重并未显著增加，而对照组小鼠的平均体重增加了17克。相反，补充丁酸盐的小鼠在暴露于低温时，其能量消耗增加，产热增加，这一点可以从较高的体温中看出。

在小鼠中，丁酸增加棕色脂肪组织（UCP1）和骨骼肌（UCP2和UCP3）中解偶联蛋白、促进热量生成的线粒体蛋白的表达。在丁酸盐处理的小鼠骨骼肌中Ucp2和Ucp3基因的启动子处发现组蛋白乙酰化增加，这表明丁酸盐可能通过HDAC抑制增加解偶联蛋白表达来增加产热，从而增加能量消耗。

★ 糖尿病

研究发现，糖尿病患者和糖尿病前期受试者中丁酸盐水平降低。

丁酸盐通过多种途径影响糖代谢的调节

Arora T,et al., Front Endocrinol (Lausanne). 2021

膳食纤维经肠道菌群发酵产生短链脂肪酸，包括丁酸盐。丁酸盐介导的PPAR-γ的激活，诱导β-氧化和氧的消耗，从而促进厌氧条件的建立，这是几种厌氧肠道共生体生长和功能所需的条件。

丁酸在肠内分泌细胞(EEC)中与游离脂肪酸受体(FFAR) FFAR2和FFAR3结合，调节肠道激素释放，如胰高血糖素样肽 1 (GLP-1) 和肽 YY (PYY)。

S.C. Bridgeman et al. Pharmacological Research，2020

GLP-1 增加胰岛素的产生并减少胰腺中胰高血糖素的产生。

PYY 会增加肌肉和脂肪组织对葡萄糖的吸收。

这些激素共同作用以保持血糖水平稳定。当血糖过高时，胰岛素会告诉身体的肌肉和脂肪细胞吸收多余的葡萄糖，所以说这些激素对肥胖和糖尿病很重要。丁酸盐增加这些肠道激素的释放，表明对控制血糖水平和防止体重增加有潜在的好处。

丁酸还可作为组蛋白去乙酰酶(HDAC)抑制剂，调节EEC和肠上皮细胞的基因表达。残余丁酸被结肠细胞吸收利用后，先排入门静脉循环，再排入外周体循环。在体循环中，丁酸可能调节棕色脂肪组织的产热和胰腺β细胞的功能。

增加丁酸水平的临床研究

一项随机临床研究中，对T2D患者补充混合膳食纤维可改善血糖参数，同时增加产生乙酸和丁酸的细菌丰度，并增加粪便中乙酸和丁酸水平。

在另一项研究中，将产丁酸菌（E.hallii，Clostridium beijerinckii，C.butyricum）与其他肠道细菌（A.muciniphila，婴儿双歧杆菌）和菊粉作为可发酵纤维混合，适度增加了T2D患者的丁酸水平，改善了口服葡萄糖耐量和糖化血红蛋白水平。

最后，添加菊粉和丁酸钠胶囊45天可改善T2D个体的空腹血糖和腰臀比。

这些研究清楚地表明，膳食纤维本身或与ngp或丁酸盐联合可以改善T2D的葡萄糖控制。

然而，维持患者依从性的策略和对这些补充剂的长期影响的调查仍然是值得的。此外，显然基线肠道菌群是饮食干预、益生菌注射和微生物移植成功的一个强有力的预测因素，基于微生物群对个体进行T2D分层可能有助于实现更好的代谢结果。

神经系统疾病

除了在肠道中的作用外，丁酸盐还具有支持大脑健康的巨大潜力。

由结肠中的细菌产生的丁酸盐具有一系列生物学功能。这些功能还与神经保护作用有关（有益于大脑和中枢神经系统）。

丁酸盐也是一种大脑助推器，因为它对大脑和中枢神经系统有保护作用。例如，它与许多与帕金森氏症、阿尔茨海默氏症甚至中风等疾病相关的通路有关。

丁酸盐对宿主生理和脑功能影响的示意图

R.M. Stilling et al. / Neurochemistry International, 2016

由于抑郁症和其他神经精神疾病具有促炎症表型，反之亦然，丁酸盐在这些情况下也可能活跃。重要的是，丁酸盐的抗炎特性也对宿主（大脑）衰老具有根本意义，特别是考虑到许多组织（包括大脑）都会发生炎症衰老的慢性炎症状态。具体而言，丁酸盐通过减少NF-kB信号传导和诱导凋亡，从而促进神经保护，在脑内巨噬细胞（小胶质细胞）中显示出抗炎作用。

因此，丁酸盐会影响大脑健康，而饮食可能是改善疾病结果的一种简单方法。

压力、焦虑、抑郁等情绪都涉及肠道微生物群。

通过饮食提高丁酸盐的产量既简单又风险低。研究发现在加速老化的SAMP8小鼠模型中，长期喂养益生元纤维可改善认知能力下降，并具有抗炎、延缓衰老的作用。

未来有一天，它甚至可能成为脑部疾病的潜在治疗选择。

睡眠

新证据表明，肠道微生物群是促进睡眠信号的来源。细菌代谢产物和细菌细胞壁的成分可能在肠道共生菌群和大脑中的睡眠生成机制之间提供重要联系。

丁酸是一种短链脂肪酸，由肠道细菌通过不易消化的多糖发酵产生。研究人员验证了丁酸可能作为细菌源性促睡眠信号的假设。经口灌胃给予丁酸酯前药三丁酸甘油酯，在治疗后4小时内使小鼠非快速眼动睡眠（NREMS）增加近50%。

类似地，门脉内注射丁酸盐导致大鼠NREMS迅速而强劲地增加。在丁酸盐注射后6小时内，NREMS增加了70%。口服和门静脉注射丁酸盐都会导致体温显著下降。全身皮下或腹腔注射丁酸对睡眠或体温没有任何显著影响。

结果表明，丁酸盐的睡眠诱导作用是由位于肝脏和/或门静脉壁的感觉机制介导的。肝门丁酸盐敏感机制可能在肠道微生物群的睡眠调节中发挥作用。

扩展阅读：睡眠与肠道菌群

社交行为

微生物群可能会影响你的社交行为，虽然听起来可能有点夸张。

简而言之，丁酸盐很臭。

“butyrate”这个词实际上源自拉丁语butyrum，意思是黄油。你可能熟悉牛奶变质或变质黄油的气味，丁酸盐就是那个味儿。丁酸是哺乳动物最强烈的气味之一，人类可以通过嗅觉受体OR51E1检测到它的浓度约为亿分之240。

哺乳动物鼻子对丁酸酯气味敏感的一个合理原因是，丁酸酯是一种仅在厌氧条件下发生的细菌产物，如生物分解、腐败或发酵，也可能产生有害毒素。对丁酸盐高度敏感的另一种非互斥解释可能是其存在于体味中。

因此，它可以作为一种社会线索，携带有关微生物群组成和活动的信息，从而间接承载宿主免疫系统特征，类似于主要组织相容性复合体（MHC）中遗传变异性的公认社会信号功能。

存在于尿液和汗液中的MHC分子的肽配体被认为是携带遗传相关性和个体性信息的社会识别信号，并且可以被嗅觉上皮或犁鼻器官中的专门嗅觉受体神经元感知。

“气味相投”——可能是ta的气味在“撩”你

对包括人类在内的许多脊椎动物的研究表明，MHC基因座的变异影响社会行为，最显著的是配偶选择，但也影响社会群体的合作行为。也有人认为MHC依赖的嗅觉信号并不是携带个体和遗传变异信息的唯一线索，“嗅觉指纹”更为复杂。

化学通讯的发酵假说

一些科学家认为，它也是体味的一个组成部分。我们会使用丁酸盐等有气味的短链脂肪酸来（无意识地）相互交流。

事实上，这些微生物群是由产生挥发性脂肪酸、酯类、醇类和醛类的发酵厚壁菌门细菌主导的，这一事实促使作者提出了“化学通讯的发酵假说”，即共生细菌的变异驱动了物种、性别和个体特定气味的变化，从而促进了社会交流。

在雄性叉角羚（Antilocapra americana）的耳下气味中也发现了异戊酸和丁酸酯，用于标记其领地。此外，戊酸的潜意识气味已被证明能够引导社会偏好，例如降低人类受试者的面部受欢迎程度。

因此，丁酸盐和其他微生物发酵挥发性产物等短链脂肪酸似乎有可能不仅存在于专门的气味腺中，而且也存在于其他栖息地，如人类的腋窝，可能有助于化学交流，并传递有关微生物群组成的信息，从而也将遗传信息传递给感兴趣的接受者。

04
产丁酸的肠道菌

除食源性丁酸，动物体内丁酸主要是由盲肠和结肠的厌氧型细菌发酵产生，而由胃和小肠产生的丁酸含量极低。大肠产丁酸的菌种主要是梭菌属XIVa和IV族，以及真杆菌属和梭杆菌属。盲肠和结肠中丁酸的产生速度和数量主要取决于肠道微生物组成、日常膳食中可利用发酵成分组成等。

其中厚壁菌门的成员以其产生丁酸盐的能力而闻名。

在结肠中特别流行的产丁酸的细菌包括：

粪杆菌、直肠真杆菌E.rectale、Roseburia

双歧杆菌等常见益生菌配方中的微生物与丁酸盐生产者之间的交叉喂养相互作用已被证明是可以产丁酸盐的。

在消化道中发现的已知丁酸盐生产者中，大多数似乎属于毛螺菌科和瘤胃球菌科。

Faecalibacterium prausnitzii (FP) 是瘤胃球菌科的一部分，值得特别一提，因为它是消化道中最丰富的微生物之一，也是主要的丁酸盐生产者之一。FP 的特征包括通过丁酸盐产生和其他复杂途径的抗微生物活性和抗炎/免疫调节活性。

关于FP菌，详见：肠道核心菌属——普拉梭菌（Faecalibacterium Prausnitzii），预防炎症的下一代益生菌

Anerostipes、Roseburia和 Coprococcus都是属于毛螺菌科，它们也是人类肠道中的主要丁酸盐生产者。

产生丁酸盐的细菌被认为在生命的第一年内定植于宿主，并且在成年时占总细菌群落的 20% 以上。

然而各种疾病状态都表明产生丁酸盐的肠道细菌相对缺乏。

有趣的是，现如今益生菌补充剂中常用的细菌菌株很多都不是丁酸盐生产者，因为丁酸盐生产者很多是高度厌氧的，这意味着它们在氧气存在的情况下会很快死亡，所以要补充产丁酸菌就比较具有挑战性。

或许我们可以转换个思路来考虑，既然不能直接补充菌，那是不是可以补充产菌的食物呢？

所以哪些食物可以喂养产丁酸菌？

05
增加丁酸产量的食物

饮食对人体微生物组有显著影响，通过饮食干预可显著改变细菌数量并增加微生物多样性。

富含纤维的饮食对丁酸盐的产生特别有益，因为它可以滋养产生丁酸盐的细菌。

网上还有很多关于如何增加肠道丁酸盐的建议，比如多吃黄油或服用丁酸盐补充剂。然而，补充丁酸盐不一定对肠道有益，因为如果摄入丁酸盐，它会被胃吸收，也就是说它不会到达肠道为其细胞提供燃料。

记住，丁酸盐是微生物群产生的代谢物。

益生元是直接滋养微生物群的食物，包括蔬菜、水果、豆类和全谷物。它们含有膳食纤维，可被肠道细菌发酵成丁酸盐等有机化合物。通过食物增强微生物群是促进消化系统健康和丁酸盐生成的有效且安全的方法。

肠道细菌以膳食纤维为食，而不是动物蛋白。因此，优化丁酸盐产量的最佳方法是通过高纤维饮食。

高蛋白、高脂肪、低碳水化合物的饮食已被证明会破坏微生物组中丁酸盐的产生。在一项研究中，研究人员分析了短期饮食限制碳水化合物摄入量的肥胖参与者的微生物组，从而限制了他们对植物性膳食纤维的消耗。

在低碳水化合物饮食（每天 24 克）和中等碳水化合物饮食（每天 164 克）4 周后，短链脂肪酸的浓度低于高碳水化合物饮食（每天 399 克）。具体来说，当碳水化合物摄入量减少时，丁酸盐浓度会降低。同一项研究还发现，厚壁菌门细菌种类 Roseburia 和 E. Rectale 的密度与丁酸盐浓度之间存在联系，两者都随着碳水化合物摄入量的减少而降低。

然而，以上所谓的“膳食纤维”并不能完全解决这个问题，为什么呢？

理解以下几点很重要：

1、即使是来自同一物种的细菌菌株，对不同底物的反应也非常不同，甚至是属于同一类碳水化合物的底物。

2、某些细菌能够消化果聚糖，有些则不能。而那些可以消化的里面又有不一样的情况，其中一些能够消化短链的果聚糖，但不能消化更长链菊糖的果聚糖。

3、以上只是细菌消化不同底物能力的一个例子。由于这种变化的存在，不能一概而论。

而我们最需要的，更应该是寻找特定类型的纤维。

一项研究表明，不同类型碳水化合物的SCFA产量（单位：kJ）如下所示：

Bourassa MW, et al., Neurosci Lett. 2016

在该研究中，低聚果糖（FOS）的类型是洋葱、芦笋和香蕉等食物，而抗性淀粉（RS）则是全谷物和豆类。

另一项研究表明，补充特定猕猴桃中发现的低聚果糖可在4周内使F.prausnitzii菌增加100%。这是一项重大发现，因为目前有大量研究报告，F.prausnitzii 的相对缺乏与几种主要肠道疾病有关——最显著的是炎症性肠病、溃疡性结肠炎和克罗恩病。

抗性淀粉2型和3型，哪种更好？

这项研究表明，从生马铃薯和高直链淀粉玉米淀粉以及全谷物中发现的阿拉伯木聚糖中提取的2型抗性淀粉含量高的日粮中丁酸产量显著增加。

在174名健康年轻人的饮食中添加马铃薯抗性淀粉后，丁酸盐产量增加。玉米、菊苣和玉米中的抗性淀粉也进行了测试，但只有当食用土豆中的抗性淀粉时，粪便中的丁酸总量才会显著增加。

在该研究中，使用的是Bob’s Red Mill（品牌）未改性马铃薯淀粉。对于这种类型的抗性淀粉（RS2）是否对人类“有益”存在不同的观点，有多个来源表明RS3是一种更好的来源，因为RS2似乎可以喂养有害细菌，而RS3可以喂养有益细菌。

此外，鳄梨增加了能够产生短链脂肪酸的微生物数量，以及产生的总短链脂肪酸。

果聚糖（菊粉）

许多研究表明，菊粉可以增加短链脂肪酸的产量，包括丁酸盐。这可能解释了香蕉在溃疡性结肠炎和克罗恩病患者的饮食中如此有效的原因之一。然而，链长较短的果聚糖通常比链长的果聚糖（如菊粉）更容易喂养产丁酸菌。

补充菊粉虽然能够改变宿主的微生物群，但不会增加粪便丁酸水平。尽管这一结果似乎与谷物相反，但许多研究证明了补充菊粉在增加肠道短链脂肪酸生成方面的功效。

也就说，抗性淀粉和果聚糖（短链低聚果糖 和长链菊粉）在肠道中发酵时会产生丁酸盐。

对于抗性淀粉，似乎大多数研究都集中在 RS2 上。然而，在许多情况下，据报道 RS3 会产生更高水平的丁酸盐，对人类更健康。

抗性淀粉：

煮熟后冷却：土豆、红薯、米饭、意大利面、燕麦、豆类、豆类、全谷物。

原料：青香蕉、马铃薯、马铃薯淀粉、青香蕉粉。

果聚糖：

洋葱、菊苣、香蕉、朝鲜蓟、芦笋、大蒜、韭菜、西兰花、开心果和各种提取物。

由于人与人之间的常驻微生物存在显著差异，并且它们消化某些底物的能力不同，因此比较明智的选择是食用包含多种抗性淀粉和果聚糖的饮食。例如以马铃薯抗性淀粉、燕麦麸皮纤维或车前草种子或短链低聚半乳糖、长链低聚果糖和谷氨酰胺的混合物的形式短期补充，增加丁酸盐水平。

丁酸是不是越多越好？

丁酸并不总是越多越好，低浓度丁酸促进细胞增殖和生长，高浓度丁酸反而抑制细胞增殖和生长，增加肠道的通透性。

胃肠道不同部位对丁酸的耐受阈值也存在一定差异，胃和小肠对丁酸的耐受阈值低，结肠和盲肠耐受阈值高。

添加普通丁酸钠制剂（主要在肠道前端被吸收利用），反而造成肠道炎症、菌群失调。

更有意思的是，轻微炎症或者轻度溃疡部位添加丁酸盐可以促进肠道损伤的修复，在严重溃疡肠道部位添加，不利于溃疡的恢复，甚至加剧整个溃疡。

有学者发现溃疡部位的粘膜组织对丁酸的代谢降低，甚至只有正常粘膜组织的一半，主要是由于其转运载体和氧化相关的酶活降低。

p.s. 进行干预之前需要了解现有肠道丁酸盐的水平状况，可以更好地进行干预治疗前后对比

Tips

如果你正在被一些肠道疾病困扰，需要注意其中几种食物的凝集素含量：土豆、燕麦、豆类、豆类和全谷物。如果你打算吃这些食物，建议先浸泡和加压烹饪，然后从很少量开始。也可以排除生食。

如果你患有自身免疫性疾病，不推荐豆类和大多数全谷物。

此外，许多患有肠道疾病和/或自身免疫性疾病的人难以食用果糖，这可能是果糖不耐受的迹象。症状包括胀气、腹胀等。

相关阅读：

肠道菌群健康检测报告——常见问题解析

主要参考文献：

Arora T, Tremaroli V. Therapeutic Potential of Butyrate for Treatment of Type 2 Diabetes. Front Endocrinol (Lausanne). 2021;12:761834. Published 2021 Oct 19. doi:10.3389/fendo.2021.761834

Siddiqui MT, Cresci GAM. The Immunomodulatory Functions of Butyrate. J Inflamm Res. 2021 Nov 18;14:6025-6041. doi: 10.2147/JIR.S300989. PMID: 34819742; PMCID: PMC8608412.

Bourassa MW, Alim I, Bultman SJ, Ratan RR. Butyrate, neuroepigenetics and the gut microbiome: Can a high fiber diet improve brain health?. Neurosci Lett. 2016;625:56-63. doi:10.1016/j.neulet.2016.02.009

Hu Liu, Ji Wang, Ting He, Sage Becker, Guolong Zhang, Defa Li, Xi Ma, Butyrate: A Double-Edged Sword for Health?, Advances in Nutrition, Volume 9, Issue 1, January 2018

Bridgeman SC, Northrop W, Melton PE, Ellison GC, Newsholme P, Mamotte CDS. Butyrate generated by gut microbiota and its therapeutic role in metabolic syndrome. Pharmacol Res. 2020 Oct;160:105174. doi: 10.1016/j.phrs.2020.105174. Epub 2020 Aug 27. PMID: 32860943.

Rivière, A., Selak, M., Lantin, D., Leroy, F., & De Vuyst, L. (2016). Bifidobacteria and Butyrate-Producing Colon Bacteria: Importance and Strategies for Their Stimulation in the Human Gut. Frontiers in microbiology, 7, 979.

LeBlanc JG, Chain F, Martín R, Bermúdez-Humarán LG, Courau S, Langella P. Beneficial effects on host energy metabolism of short-chain fatty acids and vitamins produced by commensal and probiotic bacteria. Microb Cell Fact. 2017 May 8;16(1):79. doi: 10.1186/s12934-017-0691-z. PMID: 28482838; PMCID: PMC5423028.

Stilling RM, van de Wouw M, Clarke G, Stanton C, Dinan TG, Cryan JF. The neuropharmacology of butyrate: The bread and butter of the microbiota-gut-brain axis? Neurochem Int. 2016 Oct;99:110-132. doi: 10.1016/j.neuint.2016.06.011. Epub 2016 Jun 23. PMID: 27346602.

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肠道菌群健康检测报告——常见问题解析

谷禾健康

在持续的肠道菌群检测实践过程中，我们收到很多新的问题反馈和对肠道菌群检测在具体问题中的疑问。在此谷禾基于长期和大规模样本群的经验以及实验分析，对部分常见问题进行汇总和整理。

一次肠道菌群检测好比一场健康考试，你拿到报告的那一刻，等同于拿到了你考的那张卷子，那么你首先会关心自己考了多少分。

在肠道菌群检测报告中，同样也有基于肠道菌群的健康评估分数，即健康总分。

01 健康总分

基于大数据和整体性评估，报告中会给出健康总分这项指标。这个健康总分是如何计算得出的？

还是拿我们最熟悉不过的考试举例，一场语文考试可能包括了拼音词语、阅读理解、写作等模块，所以最后你的总分是综合各个模块的测试之后得到的（比如说拼音写错了扣1分，阅读理解错了一题扣5分……），通过各模块测评后得到的总分反映的是你的综合能力。

健康总分也是一样，综合计算了三个部分：肠道菌群健康状况、疾病风险情况和营养饮食均衡情况综合评估计算。总分100分，采取扣分制，疾病风险和营养不均衡以及菌群失衡都会相应的减分。

以上是具体的评分标准。

健康总分可以说是非常直观的一个指标，除此之外，整体性评估指标还有一个：肠道预测年龄。

02 肠道预测年龄

生理年龄是指人达到某一时序年龄时生理和其功能所反映出来的水平，是从医学、生物学角度来衡量的。

谷禾肠道预测年龄是基于超过6万人群队列的深度学习模型构建的，对健康人群的肠道年龄预测与真实生理年龄吻合度很好。

肠道预测年龄和生理年龄就像齿轮运作，井井有条匹配状态，身体这个系统运作起来相对健康轻松。

疾病人群或菌群紊乱人群，肠道年龄会较大偏离真实年龄，也就是这个齿轮系统出现一些偏差问题。

如果肠道菌群多样性下降，且以大肠杆菌为主，可能会被预测为10岁以下儿童，也就是预测年龄远小于真实年龄。

如果存在较多病原菌，则预测年龄会偏向远大于真实年龄。

如果菌群预测年龄和实际生理学年龄相差很大，如何解读？

还是用考试来说，每个年龄段都应具备该年龄段的能力。如果你是一个初中学生，那么就应该答出初中阶段学生该会的题，这时候给你做个测评，发现还停留在幼儿园水平或者已经到了大学生水平，要么太幼稚要么太早熟，都不符合健康的身心发展规律。

肠道预测年龄同样，如果肠道预测年龄偏离实际年龄很大，两种情况，一种是偏大，另一种是偏小。

这两种情况均表明菌群发育成熟偏离了实际生长发育，我们均认为其代表菌群状况不太好，存在菌群异常或不健康状况。

如果偏小，即肠道年龄远小于生理学年龄，一般菌群发育滞后或者偏幼龄，菌群构成简单，代谢以及免疫功能不完善。

如果偏大，即肠道年龄远大于生理学年龄，一般菌群多样性下降，变形菌、肠杆菌等致病菌增多，核心菌属构成比例低等。

而在正常范围内，肠道预测年龄小于生理学年龄，那么表示菌群发育正常，菌群构成和代谢偏向于更年轻，比较好。那么什么是正常范围呢？

谷禾肠道年龄预测如下范围内表示正常：

0~2岁：偏差小于3个月

3~5岁：偏差在6个月以内

6~15岁：偏差在1岁左右

16~50岁：偏差在3岁以内

50岁以上：偏差在5岁以内

真实年龄与肠道预测年龄在范围内的差异可以反映其肠道菌群的发育和衰老状况。以下情况可能会导致肠道预测年龄完全偏离真实年龄，包括：

▪ 肠道菌群紊乱

▪ 菌群结构过于单一

▪ 近期服用可能严重干扰菌群的药物（如抗生素）

▪ 病原菌感染或者处于疾病状态

▪ 长期补充益生菌

由于肠道年龄考虑了整体的肠道菌群结构，如果肠道年龄严重偏离真实年龄，通过干预调整或去除上述干扰因素肠道年龄是能够恢复正常范围，但该干预周期一般需要1个月以上。

03 有益菌、有害菌

有益菌

有益菌包括益生菌，益生菌主要来自两个菌属：

分别是双歧杆菌属和乳杆菌属，目前已获得批准的有效益生菌菌株均来自这两个细菌属。

其中双歧杆菌可有效改善肠道状况，而特定的乳杆菌菌株可以改善精神健康，包括焦虑和情绪，也能改善肠道健康。双歧杆菌和乳杆菌也是人体肠道菌群中常见的菌。

虽然说是常见菌，却不见得它们数量多。在成年人肠道菌群中，双歧杆菌的比例较低，在1%左右，乳杆菌更是低于1%，甚至很多人（20~40%）的肠道菌群中比例低至万分之一。

下表是谷禾检测的益生菌列表，列出了主要的常见益生菌。

除了上述益生菌，有益菌还包括下列种属，这些菌属是构建肠道菌群的核心菌属，在评估有益菌水平时根据菌属对肠道菌群结构的重要性会给予不同的权重。

Faecalibacterium、Ruminococcus、Roseburia

Phascolarctobacterium、Prevotella、Parabacteroides

Oscillospira、Megamonas、Lachnospira

Lachnoclostridium、Gemmiger、Eubacterium

Coprococcus、Dorea、Dialister

Clostridium、Blautia、Bacteroides

Akkermansia、Alistipes、Agathobacter

通常益生菌的检出率比较低，一般在益生菌补充一周左右在报告中可以体现。从大数据来看，益生菌检出的同时，菌群的相关指标也会有所提升，比如说有害菌降低，改善菌群平衡状况。

有害菌

有害菌和肠道内的其他共生菌共同构成菌群微生态，也是大部分人群肠道内常见的菌群。

有害菌是相对而言的，正常肠道菌群也包含许多这些菌属的菌，但有害菌比例或个别菌属丰度超标可能预示着肠道菌群的健康状况受到破坏。这些菌过多会影响肠道内环境，如pH值，含氧量以及肠道内毒素等，可能会导致出现一些机会感染和机会致病菌入侵，进而诱发炎症和疾病。

我们报告中的有害菌包含了致病菌和条件致病菌，以及属内主要菌种为致病菌的属。为便于统计，我们在计算的时候统一按照属层级进行计算比例。

报告中的有害菌包括了以下的菌属：韦荣氏球菌属、葡萄球菌科、变形菌属、弓形菌属、弯曲菌属、螺杆菌属、厌氧螺菌属以及弧菌属等。

在肠道菌群检测报告中会有对有益菌，有害菌的整体评估。

如果有害菌过多，通常建议服用益生菌或益生元的方式首先增加有益菌的比例，相应的有害菌比例就会降低。想要持久的改善菌群结构降低有害菌水平就需要改善生活方式，适当增加抗性淀粉等膳食纤维并规律饮食和睡眠，增加运动等。

04 肠道菌群平衡 / 失衡

整个生态系统平衡对于地球而言十分重要，同理，肠道菌群平衡对于我们人体健康也很重要。健康的肠道菌群丰富且多样性高。

菌群失调是指体内微生物群不平衡，这可以表现为某些细菌的出现率较高，细菌的出现率较低，细菌的多样性不足，有害菌，有益菌比例失调等。

通常临床上采用大便常规检查，通过显微镜下观察统计染色细菌中杆菌和球菌以及革兰氏阴性和阳性菌的比值是否超标来判别的。

其中致病菌多为球菌和革兰氏阴性菌，而肠道有益菌多为杆菌和阳性菌，因而在传统临床上简单比较两者的比值评估是否菌群紊乱，是相对比较粗放的。

谷禾菌群检测报告中的菌群失调：

基于高通量测序可以精准的检测低至万分之一水平的菌，甚至可以分类到种水平，因此可以更加精细化评估菌群是否出现紊乱和异常。

基于谷禾超过30万人群的菌群数据库分析结果，我们将在90%的人群都有检出，且人群平均丰度1%以上的菌属做为核心菌属。这些核心菌属通过长期与人类共生，在帮助消化复杂碳水化合物和产生短链脂肪酸外还影响整个肠道环境，抑制病原微生物的定植生长。因此当这些核心菌属占总肠道菌群比例低于60%时，肠道菌群很可能处于紊乱状态。

【谷禾健康菌群数据库】

详见：肠道菌群失衡的症状、原因和自然改善

如果出现菌群严重失衡，例如致病菌占了相当大比例，那么首先应考虑针对致病菌使用相应的抗生素治疗，然后再通过益生菌补充及饮食、生活方式的改变进行调理，直到菌群恢复平衡。

05 菌群多样性

多样性包含两个维度。

一个是肠道菌群种类，人群中肠道菌群的种类参考范围在100~2000种，种类数量越多多样性越高。

另一个维度是均匀性，即各个菌种的含量丰度较为均一没有出现单一菌种占据绝大部分的情况。

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。

换句话说，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。

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。

菌群多样性高可能与下列情况有关：

环境，农村儿童比城市儿童菌群多样性高；

饮食，低脂饮食与菌群多样性较高有关；

年龄，长寿老人的菌群多样性较高；

……

多样性低不代表一定有疾病，但是更容易受到饮食，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。

多样性低可能与下列情况有关：

分娩方式，剖腹产宝宝菌群多样性较低；

饮食营养，营养不良的孩子菌群多样性会下降；

药物，抗生素的使用会大幅降低菌群多样性，并且需要一段时间才能恢复。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；

环境，医院的ICU病房、更衣室等消毒严格，可能导致环境菌群多样性下降。

此外，神经系统、代谢、免疫等慢性疾病也与多样性下降有关。

你可以通过在饮食中增加纤维素，从高脂饮食逐渐转为低脂饮食来提高菌群多样性，另外规律运动也可增加多样性。

另外，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。

06 致病菌/病原菌

看过我们检测报告的可能会发现，报告里有包括肠道致病菌和病原菌，分别代表什么？

<篇幅关系，此处仅展示部分>

肠道致病菌列出了最主要和常见的感染类肠道致病菌。（注意这里重点是肠道）

病原菌中给出的包括几十种人体的致病菌，不仅仅是肠道的。<如果没有检出就没有列出>

病原菌和条件致病菌的区别是什么？

病原菌一般极少存在于健康人的肠道菌群，正常范围很小，条件致病菌一般会在正常人群的肠道内存在，丰度较高或菌群结构单一到一定程度会引发疾病。如大肠杆菌和肺炎克雷伯氏菌正常人群中都会有检出，但当丰度较高是就会导致肠道菌群紊乱或疾病。

报告中如果出现病原菌超标的情况，不一定直接认为有病，需要结合症状。

如果出现相应的腹泻等症状，需要考虑是不是因为这些病原菌导致的。单纯超标如果没有症状只是表面有病原菌摄入，注意一下饮食和生活卫生，无须过于担心。

★ 幽门螺杆菌

为什么在医院检查出幽门螺杆菌感染，而报告中并未显示？

注意：本检测未检出并不代表完全不存在该致病菌感染，可能由于比例或其他因素未能达到检测丰度或未检出。

如果肠道菌群检测报告中检出幽门螺杆菌，是否需要去医院进行幽门螺杆菌呼气检测？

如果肠道菌群检测报告显示该项为超标，且同时存在胃部不适或其他胃酸、胃胀等症状，建议前往医院进行幽门螺旋杆菌检测，及早发现治疗。

★ 沙门氏菌

在食物中毒案例中，通常伴随着沙门氏菌，沙门氏菌粘附到肠上皮表面是发病机制中重要的第一步，并且是其在肠道定植的核心。

关于沙门氏菌的治疗及预防详见：食物中毒一文

扩展阅读：细菌大盘点（二） | 葡萄球菌、沙门氏菌、弯曲杆菌

通过以上部分，我们大概了解了菌群的构成及其扮演的角色，那么我们能利用检测到的这些菌的信息，给我们的健康带来什么帮助呢？

很重要的几个点：

第一，也就是前面所述的，菌群的构成本身就可以反映你的肠道内的环境是不是健康菌群，如果紊乱，它会带来很多的问题，比如说儿童菌群紊乱，可能会营养不良，因为菌群紊乱本身会影响营养吸收。

第二，对病原物的抵抗，也就是说身体是不是比较容易出一些状况，比如说腹泻，感染等问题。

第三，它还会诱发一些长期的慢性疾病，比如说糖尿病，实际上当然饮食是一个问题，但是有一些炎症相关的菌群，会诱发慢性的持续的炎症，从而导致慢性疾病的发展。

这就是我们接来下要讲的，疾病风险这块内容。

07 疾病风险

目前我们疾病风险检测部分包括16类主要疾病，根据疾病检测准确度和稳定性，我们将检测疾病的水平分为三个等级：低风险、中风险和高风险。

根据每种病的分值，0~0.3归为低风险，0.3~0.5评估为注意，0.5~0.7为中等风险，超过0.7为高风险。

目前报告中提供的疾病均经过大量病例样本检验并且准确率超过90%，虽然不作为疾病的诊断依据，但是其分值的高低仍然具有很强的指示作用。

0-0.3

如果某种疾病的风险值低于0.3以下表明菌群状态提示疾病风险较低，不同身体条件和生活方式下会有0.05的波动。

0.3-0.5

如果某种疾病的风险值位于0.3~0.5之间我们认为属于疾病前期阶段，通过饮食调理和相应的注意就可以降低风险。

0.5-0.7

如果某种疾病的风险值位于0.5~0.7之间表明可能患有该疾病或处于疾病风险阶段，这时候我们建议最好前往医院相关科室进行检查，如果不便前往医院也可根据建议先进行饮食调理和相应的注意，一般一个月后再进行一次检测查看疾病风险是否下降到正常范围，如果仍然较高甚至升高建议最好前往医院复查。

0.7- 1

如果某种疾病的风险值超过0.7表明有很大可能已患有该疾病，且分值越高表明风险越高。因此我们强烈建议去医院进行相应检查并听从医生建议。

注意：本检测目前尚不属于医疗诊断，疾病分值作为提示，低分值不代表完全没有疾病，只表示风险较低，也可能存在一定的未检出。高分值只表示存在很大疾病风险，疾病的确诊和精确诊断需要通过进一步的医疗检查确认。

说到这里，可能有人对以上这个0.3,0.5…这些风险值有所不解，风险值是你们自己确定的吗？如何计算得出这个值的呢？有参考依据吗？

这里我们来了解一下风险值的计算。

通过模型的构建和大规模人群队列的测试和学习，现在大概已经有几十种病，我们可以比较好的通过菌的构成，来预测到底有没有这个疾病。虽然现在它还做不到直接确诊，但它可以起到一个很好的提示作用，以及对病程进展的评估。

那么，具体哪些方面的疾病跟菌群有重要的关系，并且能够用菌群来预测和评估呢？

消化系统疾病

首先当然是消化道疾病，这很好理解，因为菌群本身就在消化道环境内。像肠炎，就包括克罗恩病，溃疡性结肠炎之类的，还有消化性的腹痛、腹胀这些问题，可能是由于菌群的特征变化造成。

炎症性肠病中的菌群失调

详见：炎症性肠病一文

还有过敏性腹泻，有人可能对一些食物过敏，吃完之后会导致一些腹泻，菌群特征变化很明显，包括甚至一些肠道病毒的感染，比如说诺如病毒、轮状病毒的感染。它也会体现出非常特定的菌群变化特征。

在肠道菌群检测报告中，这类疾病风险呈现如下：

上图样本可以看到胃病有中等发现，其备注信息里有填：胃痛，可能要开始注意这方面的疾病隐患，通过饮食等调理一段时间，或前往医院就诊。

★ 胃癌

胃部更严重一点的疾病就是胃癌，胃癌与肠道菌群之间也有很大关系，最近，在“谷禾开放基金项目”中，也有相关论文也已发表。

肠道菌群在区分胃癌患者和健康人方面具有高度的敏感性和特异性，表明肠道微生物群是胃癌诊断的潜在无创工具。

胃炎与胃癌具有某些微生物群特征，化疗降低了胃癌患者的微生物丰度和多样性。乳酸杆菌Lactobacillus和巨球菌Megasphaera，是胃癌的预测标志物。

★ 结直肠癌

现在已经有多项研究表明，通过菌群可以做一个很好的标志物。虽然做不到所有的结直肠癌患者都能够被检出，但是最终的准确率相对来说还是挺高的，甚至比一些，包括肿瘤标注可能还要更高一些。

我们现在大概能做到70%多的肿瘤患者是能被筛查出来。并且准确度其实能够到90%，作为普筛或者健康评估来说，已经是一个比较有效的标志物了。

化疗与手术会大幅降低风险分值，但仍比健康人高。

此外，结直肠癌会经历从息肉到腺瘤到癌症多个阶段，应结合年龄和家族史判断息肉和结直肠癌。

肝胆类疾病

肝脏类疾病，比如说非酒精性脂肪肝跟肠道菌群有相当大的关系。

不同肝病有不同的菌群特征，尤其是脂肪肝的严重程度，肝功能异常的严重程度。

扩展阅读：深度解析 | 肠道菌群与慢性肝病，肝癌

因为菌群会产生大量的刺激代谢物，这些代谢物本身可能会加重肝脏的负担，并且诱发一些肝脏的疾病，但反过来肝脏的代谢能力的减弱和一些慢性肝脏疾病进展又会反映在菌群的构成上，所以它们是相互的。当然也可以用菌群的构成来反映具体肝病的特征。

由于不同阶段肝功能异常，脂肪肝等情况都统一归类在肝病这个大类，因此目前还无法判断确切的疾病分类，后续如果有更多细分疾病的样本用于建模，报告也会随之迭代更新。

代谢类疾病

代谢类疾病，比如糖尿病，肥胖等，都与肠道菌群有密切关联。

★ 2型糖尿病

2型糖尿病的发病率越来越高，也有更多人开始关注菌群与2型糖尿病的关系。很多文献都有报道它们之间的关联性。

2型糖尿病人群中个体微生物群的差异

Cunningham A L et al., Gut Pathog, 2021

在2型糖尿病患者普遍具有相对高丰度的特定属：Blautia、Coprococcus、Sporobacter、Abiotrophia、Peptostreptococcus、Parasutterella、Collinsella。

2型糖尿病患者中，产生丁酸菌特别缺乏，特别是梭菌目，包括：

Ruminococcus、Subdoligranulum，Eubacterium rectale、Faecali prausnitzii、Roseburia intestinalis 、

Roseburia inulinivorans

详见： 2型糖尿病如何做到可防可控？肠道菌群发挥重要作用

通过肠道菌群检测，一方面健康人群可以查看是否有患病风险，另一方面如果已经患病人群，也可以查看菌群是否异常，推测是否是因菌群显著变化导致的，从而能进行更有针对性的干预。

肠道菌群检测报告中疾病风险预测如下：

2型糖尿病的检出率相对较高，可以达到95%以上，准确的也较高，可以预测早期糖尿病风险。

★ 肥胖

目前已有很多关于肠道菌群和肥胖之间关系的研究。

人体摄入大量营养素、肠道菌群与肥胖的关系

↑, 增加；↓,减少；NA，不可用；第三列：营养物质和/或饮食基质与肠道微生物群之间的关系

有人说，为什么我们的肠道菌群报告没有判别测试者是否肥胖？

首先，肥胖不肥胖这个症状是肉眼可见的，也就是说测试者自身已经了解，这种情况下用模型来判别没有意义。

而我们更希望通过肠道菌群检测来可以告诉你，可能是什么因素造成的肥胖，饮食结构的，还是某些菌属代谢问题。

通过菌群知道营养构成，以及是否存在一些特定代谢菌的异常，比如说Akk菌，它是一种在一定程度上帮助减肥的菌群。

如果在你的肠道内该菌特别少，那么可能同样减肥，控制饮食，别人一个月假设瘦十斤，你就不一定能达到这个效果。这些都是菌群可以提供的一些信息。

在肠道菌群检测报告中，会列出肥胖正负相关菌群，及其是否超标。

同理，其他各类肉眼可见的症状（包括腹泻、便秘、腹胀、过敏、皮肤状况等）正负相关菌群都会在报告中呈现，此处就不一一列举。

神经系统疾病

听起来神经系统好像没什么关系，但实际上很多肠道菌群能代谢产生大量神经递质及其他代谢产物。

肠道菌群会影响HPA轴的发育，该轴调节压力反应并参与皮质醇的释放。在抑郁和长期处于压力下的人中，HPA轴可能失调，导致过量的皮质醇（一种压力激素）被循环。

详见：深度解读 | 肠道菌群和中枢神经系统的关系

肠道菌群的部分代谢物质也会通过免疫系统影响神经系统。促炎性细胞因子的失衡可导致慢性炎症和自身免疫性疾病，通常与抑郁症同时发生。

通过肠道菌群检测，可以了解体内血清素水平及激素水平，同时也可以了解神经系统相关疾病风险，包括自闭症，抑郁症，阿尔兹海默症等。

肺部疾病

宿主，微生物组和环境之间的三重相互作用在健康功能中维持了肺稳态。

Liu NN, et al., NPJ Precis Oncol. 2020

在大量的临床样本数据当中可以发现，肺部感染，包括社区性肺炎，慢性阻塞性肺疾病，通过血氧浓度和全身的免疫反应，一定程度上是可以反映在肠道菌群上。

另外像肺部的感染，比如说在肺炎链球菌之类的感染中，肺部的病原菌可以通过痰或者是呼吸进入到肠道，所以我们在肠道当中是能检测到这些肺部的感染菌，并且随着其严重程度和感染进程，菌群的丰度会越来越高。

肠道菌群检测报告中也有对肺部相关疾病风险提示。

免疫疾病

肺部感染会出现咳嗽等症状，但咳嗽不一定仅是肺部感染，也可能是哮喘。

★ 哮喘

在哮喘中，微生物群是导致肺和肠道之间相互作用的重要因素。肠道微生物可以影响肺部的免疫反应，而肺部刺激可以导致肠道反应。

在一项研究中，来自加拿大的三个月大婴儿哮喘高风险的粪便样本中观察到 Lachnospira, Veillonella, Faecalibacterium, Rothia显著下降。这种菌群特征在1岁时不再明显，同时伴随着粪便乙酸的减少和肝肠代谢物失调。

肠道微生物对哮喘的影响部分是由细菌代谢物介导的，1岁时粪便中含有大量丁酸和丙酸的儿童，其特应性敏感性明显降低，3至6岁之间哮喘的可能性较小。此外，哮喘患者的粪便中Akkermansia muciniphila 菌水平均有所降低。

★ 过敏

已知的婴儿期与过敏性疾病相关的微生物群改变如下：

Diego G. Peroni et al, Front.Immunol. 2020

肠道菌群检测报告中有列出与过敏正负相关菌群，及是否超标。

< 篇幅关系，此处仅展示部分 >

08 营养代谢

菌群生长需要养分，它的食物来源取决于你的肠道，有句话叫：you are what you eat （在我们这篇文章中有详细解释它们之间的关系 深度解读 | 饮食、肠道菌群与健康）。

也就是说，你吃的食物会帮助构建你的专属菌群。有的菌擅长代谢碳水化合物，有些菌擅长代谢脂肪，所以饮食结构不同，也就是食物来源比例不同，最后会塑造不同的菌。

那反过来，如果知道你的菌群的构成，就可以相对数量化的去了解你的饮食构成，包括营养摄入具体是什么样子，所以菌群很大的另外一个作用就可以反映你的营养饮食摄入状况。

这部分内容在我们报告中的呈现如下：

那么这里可能又会有疑惑，以上这些数值是什么意思，如何计算的呢？

不同的细菌有不同的代谢能力，需要不同的营养物质进行繁殖。通过评估特定营养供给下的偏好菌群的比例，即可反映不同营养物质的摄入比例。所以报告中的主要营养代谢分值评估的是主要营养物质摄入的比例在人群中的分布水平。

因此不会出现所有主要营养物质均高或均低的情况，也因此主要营养指标的最佳分值在70，且更关注不同营养物质的均衡性。

单项营养物质的分值低于5，表明摄入比例在人群中属于最低的5%，评估为缺乏，低于15评估为偏低。

而如果某项指标达到或超过95，则表明该项可能摄入比例偏高，通常对应会有其他营养成分较低。只需要针对性的增加缺乏或偏低的营养成分摄入，维持不同营养成分相对一致即达到营养均衡的目标。

为什么会出现所有的营养指标都很低？

这可能是菌群失调引起的。营养指标的评估是基于菌群构成特征和菌群代谢生成特定营养素的途径来评估的，如果菌群结构异常，将导致后续的预测失常，例如大量氨基酸都评估缺乏的情况。

这时候需要先调节菌群，等菌群指标恢复到一定水平后再次检测，评估营养指标。

09 微量元素

我们日常摄入的除了上一小节提到的宏量营养素之外，还包括微量元素和维生素等。有些维生素比如说B族维生素中有相当一部分，甚至百分之六七十需要通过肠道菌群对初始原料进行代谢之后才会产生，也就是说有些细菌会代谢我们食物中的一些成分，转换成B族维生素。

而你的菌群构成和代谢B族维生素的能力，会直接决定是否缺乏该类维生素。当然也有部分受基因影响，因此肠道菌群相应的基因和代谢途径的丰度水平也会直接反映这些维生素的摄入水平。

总的来说，菌群在这其中起重要作用。在我们报告中呈现如下：

微量营养元素和维生素的评估分值与主要营养物质不同，是通过调查人群的单项营养成分水平，然后寻找与该项成分异常相关的菌群，并基于这些菌群和代谢途径计算丰度并转换为人群分布后的值。

简单来说，报告中的微量营养元素的分值即代表该营养元素的摄入水平。

菌群检测营养状况与血液检测有什么区别吗？

通过肠道菌群评估的维生素一般反映一段周期内的维生素状况，因为肠道菌群在没有突发疾病的情况下相对稳定，受一段周期的饮食影响为主，一般是2周。B族维生素是水溶性维生素，每日摄入后会通过尿液代谢排出，通过血液检测，不同时间检测波动较大。

菌群评估营养和血液检测营养趋势是一样的，在极端缺乏和极端过量是吻合的，中间档可能在数值上不是完全吻合，血液反映的营养水平比较及时。

★

当了解了体内的营养素和维生素是否缺乏，以及哪方面的缺乏，就可以进行有针对性地补充。菌群也是需要营养物质的，这就离不开我们的日常饮食，那么该如何补充呢？

10 个体化饮食推荐

我们的肠道菌群检测报告中有个体化饮食推荐表。

<篇幅关系，此处仅展示部分>

以上食物推荐表是怎么来的？

这是经过综合考虑疾病风险和营养缺乏状况计算得到的。主要是计算每种食物的营养构成与目前营养状况的匹配度，以及特定疾病需要避免的食物。

该表推荐的食物分数从-100~100，排序为不推荐到强烈推荐，日常饮食可以参考这个推荐表。推荐分值，表示基于目前的菌群和营养状况对食物的推荐指数，正数分值越大，建议优先选择，同时也是对改善最有帮助；负数分值越大，并不表示不能吃，而是目前状况下不优先推荐或尽量少吃。

p.s. 如果有特殊疾病需要忌口的，优先遵医嘱。

该表包括几百种日常食物，如下图。

<个体化饮食推荐，建议用电脑查看，目前手机端展示不太美观>

对于长期调理菌群而言，饮食无疑是最主要的驱动因素之一。

下一步我们将利用更全和详细的菌群结构，食物营养，人群膳食构成以及营养数据库推出个性化膳食营养升级方案，特别会针对个别菌属的异常和失衡状况以及营养元素异常和缺乏问题。

11 饮食影响菌群检测吗？

前面章节我们知道，通过菌群可以反映你的饮食状况，那么反过来，如果你吃了一个东西，会对菌群检测造成影响吗？是不是菌群就变了，那检测就不准了？

这也是比较重要的一部分，也就是肠道菌群检测的准确性，它能允许多大范围内的变化？什么因素会影响？

其实，菌群变化算快，也不算快。饮食对菌群是有一定影响没错，但这种影响呢，一般来说是前一天的饮食会影响第二天的菌群结构的百分之十几，也就是说，假设你昨天吃大餐，大量吃肉，蛋白摄入非常高，而你之前是以碳水化合物为主的，那么第二天饮食当中，你的蛋白质相关的这部分菌的比例可能会有15%，最高到20%可能会有，但一般来说是在15%以内，会有一个波动。

然而，总体的核心菌群构成，不会因为你今天一顿大餐，就直接从素食的变成肉食的菌群结构，核心菌是相对稳定的，那么多久会发生变化呢？

一般来说坚持两周，饮食结构的变化，核心菌群就会发生一个迁移改变。但两周只是一个短暂的周期，如果你两周后又换回先前的那种饮食方式，菌群也会随之改变到之前的状态。那要怎么样才能持久改变菌群呢？

这个时间线可能要拉长到两个月。

这是在我们的菌群干预中，很多人会遇到的一个周期性的问题。也就是如果你想有效改善菌群，至少需要两周会见到相对明显的菌群结构变化，那如果把干预延伸到持续两个月的周期，甚至是持续干预周期更长，那效果会更好。

12 如何正确取样？

取样前饮食会不会造成影响？

前面我们知道，菌群会受检测前一天饮食的影响，造成15~30%的菌群改变，同样也会反映在营养状况的评估上，因此建议检测前一天尽量保持近期正常饮食，这样能更好的反映真实的营养饮食状态。

此外，如果你是在调理一段时间后再次检测，想要和上次比较的话，最好在检测前保持饮食大体相似（意思是不要突然吃和平时不一样的食物或者吃完大餐后取样）。

取样过少会怎么样？

取样不能太少，如果太少的话，可能会影响DNA提取，另外会导致一些低丰度的菌检测不到。

取样过多会怎么样？

如果说取样太少导致样本不合格可以理解，那么取样过多为什么也会有问题呢？

我们的采样管中有保存液，可以将菌群固定在采样的瞬间，但是如果取样过多的话，可能导致部分粪便无法完全溶解于粪便，这部分样不能正常保存可能会使其中的大肠杆菌等兼性厌氧菌开始在管内繁殖。

正确合格取样量（黄豆大小，约200mg，如果是稀便，反复沾取）

只需棉签沾取少量，混匀于保存液，固体粪便取样不能超过管子1/5体积（右图刻度线）。且保存液带有粪便颜色即可。（右图所示）

详见：肠道菌群取样方法

注 意 事 项

如3天内使用过抗生素类、质子泵类胃药、阿片类精神药物请停药3天后进行检测（如果长期服用某种药物，如降压、降血糖药等，不建议停药，检测反映的是用药控制的菌群和身体状况）。

感冒、腹泻或其他症状期间不影响取样，拉稀或稀便可以用棉签反复沾取粪便至取样管。

★

总的来说，取样虽然很重要，但也只是其中一个环节。每一个样本的结果呈现都凝聚了我们与你共同的努力。那么，从取样到结果报告呈现的那一刻，中间经历了什么？

样本之旅

在你取完样之后，把样本用快递寄到我们这里之后，它会经历提取->测序->分析->报告到你手上。下图绿色标注部分是你需要完成的。

13 展望

近年来，我国将全面健康和预防作为国家重点领域。我们致力于将信息技术（IT）与生物技术（BT）相融合，发展推动肠道菌群基因检测进入成为精准和预防医学时代下的“生命健康新基建”，尽管目前的菌群检测，包括疾病关系，算法，数据库，后端干预均在成长积累阶段，但是菌群检测正在进入大数据时代，菌群基因中蕴藏海量对人体生命和健康的重要数据，我们致力于将这些数据和实际应用相结合，最终转化为疾病预防、改善健康的有效方案。

前沿技术正在不断创新发展，报告也在迭代更新中，谷禾肠道菌群健康检测在辅助判别慢病风险、精准营养、亚健康管理、临床治疗干预中显示出其广泛的社会需求和指导价值。

你问我答

不同部位间的样本（如前段/中段/后段），检测结果差异性有多大？

答：会有不同的，不过主要反映在具体的菌种丰度上，有无这种菌的差异不大。另外慢病的评估也影响不大慢病模型中使用了高维特征，丰度的变化波动对结果的影响没那么大。营养和代谢部分受菌群丰度影响相对大一些，同一个人的前后两天的取样最大可能有15%左右的差异。

肠道菌群在肠道内不同部位以及粪便的不同部分其实都存在差异，含水量、连续几餐的饮食构成和排便周期的长度都会对菌群各个菌种的丰度造成影响。单纯从绝对丰度上来看是一个动态变化的过程，各个菌属在继承之前的构成比例的情况下因各种因素的变化增长或降低。因此并不存在一个绝对的菌群构成以及完全准确的单一指标。肠道菌群检测获取的丰度含量本身信息量很大，但是稳定性和一致性并不很高。

更高层级的菌群相对比例顺序则相对稳定一些，之后具体包含的菌种也相对稳定。目前我们使用的疾病预测模型主要通过高维的菌群结构特征，并不单纯依靠每个菌的绝对丰度来评估，稳定性很高。针对一些特定的病原菌或问题菌，需要通过与人群范围比较，在正常范围内并无问题。

日常多添加有益菌或益生菌的酸奶，可以改善肠道菌群状况吗？

答： 大范围人群调查显示添加益生菌的酸奶可以改善肠道健康，但效应因人和状态而定。总体而言我们支持服用益生菌酸奶有益，但需要注意酸奶饮料可能包含果糖，游离糖等，其作用仍然非常有限。

同一份样本，不同批次的实验环节如上机测序，差异有多大？这种差异率是否有一个范围呢？

答：不同批次上机影响很小，菌群数据相关性不低于98%。我们会在每轮设置一个阳性对照，一个上轮检测样本对照，一个阴性对照。评估污染，轮次比对。理论上不同的实验室，扩增引物，方法都会带来对不同菌丰度的系统误差，我们尽力保证本实验体系下各个轮次之间最小化的实验误差。另外使用的引物是经过大量验证的标准化引物。

实际患者建不建议送检，我们这个产品主要针对健康体检，还是也可以辅助诊断和预后治疗呢？

答：产品主要针对健康体检，如果临床诊断判断可能菌群异常或疾病症状与菌群相关，产品可以通过菌群检测提供临床参考，用于辅助诊断和治疗方案的评估。产品关于疾病和菌群相关指标的评估仅限于菌群相关方面，以临床诊断为准，不适用于单独使用产品进行疾病诊断。

抗生素是如何影响菌群的，菌群的敏感性和抗性基因是什么？

答：广谱抗生素会杀死细菌，但是部分细菌在抗生素选择或滥用的情况下会在抗生素靶点基因产生突变或携带耐药基因，从而对特定抗生素产生耐药。不同菌目前的耐药菌比例以及携带的耐药基因水平不同，对应的抗生素耐药水平和种类也有不同。

有在吃富含某种事物或者相关营养素，为什么报告显示缺乏？

答：营养指标的评估是基于菌群构成特征和菌群代谢生成特定营养素的途径来评估的，直接的营养素补充会反映在相关菌群构成上，但部分营养素因为吸收部位不同以及菌群代谢途径上下游的影响，预测可能有一定差异。另外菌群构成异常的情况也会导致营养指标预测失常，如大量氨基酸都评估缺乏的情况。

有人说长期服用益生菌，会让肠道自己产生的益生菌的能力减弱或者可以说是肠道自主平衡的能力减弱，不能长期服用。这种说法是否有依据？长期服用一种益生菌，也容易产生耐药性，那么是否建议定期更换或者调整益生菌的菌种和数量呢？

答：持续服用单一或特定组合的益生菌确实会存在效力减退的情况，主要是菌群具有适应性，如果不配合生活方式和饮食结构的改变，会较快失效。可以根据菌群检测结果来调整益生菌的方案。

样品的稳定性对于那些数据的影响是比较大的哪些是影响比较小的？

答：越是直接和具体菌相关的指标变化越快越大，和菌群结构相关的指标，比如一些慢病风险还有总体饮食结构一类的变化较稳定。

从波动性排序来看，具体菌丰度>多样性>微量营养（锌 铁 氨基酸 维生素）>消化道疾病风险评估 （受当前状态影响较大）>肠龄>宏量营养素（碳水 蛋白 脂肪 纤维素 乳制品）>抗生素水平 >菌属是否出现>其他慢病风险

中大龄儿童小孩检测到自闭症风险高，如何解读?

答：肠道菌群在1-3岁期间主要是菌群发育滞后会影响神经发育和营养，3~6岁左右菌群参与的神经递质代谢异常会加剧自闭症的程度，但这个年龄段已有的神经发育滞后不光靠菌群改善就能解决了。

所以如果是0~2岁的如果这个风险值较高，不管有没有症状都建议改善菌群。如果是3~6岁甚至6岁以上，如果就风险值高没有相应的神经或行为异常，就问题不大，可能是菌群代谢构成不太好，不会导致自闭症的。如果有症状那改善菌群有助于改善症状。

肠道菌群平衡，为何多样性指数是低的？

答：菌群平衡和多样性指数是2个不同指标；

多样性仅仅评估肠道菌群的种类数量和丰度分布，与具体是有益和有害无关。多样性主要与饮食摄入，药物如抗生素类以及疾病状态有关。

菌群平衡对应的异常称为肠道菌群失调，临床上有I度失调和更严重的II度失调。大便常规检查是通过显微镜下观察统计染色细菌中杆菌和球菌以及革兰氏阴性和阳性菌的比值是否超标来判别的。本报告同时提供了另一评估算法，通过有益菌/有害菌的总体情况来评估菌群平衡状态，低于2为重度失衡，低于5为失衡，同时分值也提示菌群平衡水平，越高越正常。

菌群失衡如何调整？

从菌群失衡的评估角度来看，首先就是快速增加有益菌特别是双歧杆菌的丰度可有效改善该项指标。因此临床上通常提供多联的益生菌制剂来快速补充益生菌，可以短期有效改善菌群平衡比例。

菌群平衡和多样性分值都高的，但是肠道年龄预测比实际大，年龄预测模型是不参考多样性和平衡性参数的？

答：肠道年龄是靠机器学习和人群大队列做的，不是只根据菌群平衡和多样性，每个年龄段都有核心和标致的菌群特征，比如婴儿的双歧杆菌，老年人瘤胃球菌等，这几个指标都是表征菌群的状态和健康的。

END

声明

谷禾专注于提供肠道菌群基因检测和基于此的健康评估咨询，肠道菌群对人体健康的影响和关联性已被广泛研究和认可，但基于对健康的慎重和法规，谷禾重申其提供的肠道菌群基因检测目前不用于临床疾病诊断，仅作为菌群状况构成检测和健康评估以及基于菌群的科研。分析报告中疾病风险和健康相关评估来自于公开研究数据和谷禾构建的大人群队列数据分析的预测评估结果，涉及临床诊断和医疗建议请遵照临床诊断和医生的医嘱。由于技术进步和样本数据不断积累，报告中可能存在尚未完全涵盖的因素或状况，不可避免的存在一定概率部分风险未被完全检出的情况。

人类微生物组研究报告——规范流程

谷禾健康

人类微生物组的变化与许多疾病和健康状况有关。然而，看懂人类微生物组研究结果的报告具有挑战性，因为它通常涉及微生物学、基因组学、生物医学、生物信息学、统计学、流行病学等领域的方法。

人类微生物组的研究与其他类型的分子流行病学研究具有许多共同特征，但它们也需要独特的考虑因素，具有自己的方法学最佳实践和报告标准。除了流行病学研究设计的标准要素外，独立于培养的微生物组研究还涉及生物标本的收集、处理和保存；不断发展的实验处理方法，具有更高的批次效应潜力；生物信息学处理；稀疏、异常分布、高维数据的统计分析；报告可能的数千种微生物特征的结果等。

由于微生物组研究没有公认的金标准方法，而且该领域还没有就这些方面形成共识，但是各个领域的人员共同努力逐渐形成适用于广泛的人类微生物组研究报告的规范流程是微生物领域快速发展的基础。

方 法

参 与 者

对研究参与者的描述中，应描述入组的人群，以及如何从人群中抽取参与者。

参与者的特征，例如环境、生活方式行为、饮食、生物医学干预、人口统计和地理都可能引起微生物组的显着差异，因此应该包含这些基本描述。

时间背景也很重要，因此应说明招聘、跟进和数据收集的开始和结束日期。

此外，还应包括用于评估潜在参与者是否符合研究资格的具体标准，包括纳入标准和排除标准的详细信息。纳入和排除标准是用于选择研究参与者的预先确定的特征，描述这些标准对于了解研究的目标人群至关重要。

应描述收集的有关可能影响微生物组的抗生素或其他治疗的任何信息，以及是否有任何排除标准包括最近使用抗生素或其他药物。

应说明最终的分析样本量，以及在招募、随访或实验室过程的任何步骤中排除参与者的原因。

建议使用流程图来显示参与者被排除在研究之外的时间和原因。例如如下流程说明。

Mirzayi C, et al., Nat Med. 2021

如果参与者在纵向研究中失访或未完成所有评估，则应说明如何进行随访的详细信息，并应报告特定时间点的样本量。

此外，将病例与对照进行匹配的研究应描述在匹配中使用了哪些变量。

实 验 方 法

应描述实验室样品的处理，包括样品采集、运输和储存的程序。

由于 DNA 提取可能是跨研究技术差异的主要来源，因此应描述 DNA 提取方法。如果进行了人类 DNA 去除和微生物 DNA 富集的描述，也应包括在内。同样，如果使用阳性对照、阴性对照或污染物减轻方法，则应对其进行识别和描述。

应描述报告与测序相关的方法。这包括引物选择和 DNA 扩增（包括16S rRNA 基因可变区，如果适用）。测序完成的主要单位（公司或者检测机构），例如鸟枪法或扩增子测序。最后，应解释用于确定相对丰度的方法。

批次效应应作为潜在的混杂来源进行讨论，包括为确保批次效应不与暴露或感兴趣的结果重叠而采取的步骤。如果进行宏转录组学、宏蛋白质组学或代谢组学，应提供这些方法的详细信息。

数 据 源 / 测 量

对于非微生物组数据（例如，健康结果、参与者的社会经济、行为、饮食和生物医学特征，包括疾病位置和活动以及环境变量），应描述每个变量的测量和定义。例如，参与者的性别和年龄可以从电子病历或分发给参与者的问卷中获得，那么应该清楚描述这个数据源的获得方式。还可以讨论测量的局限性，包括由于错误分类或丢失数据导致的潜在偏差，以及为解决这些测量问题所做的任何尝试。

因果推断的研究设计注意事项

在没有直接观察到假设的因果关系的情况下，观察数据通常用于测试旨在进行因果推断的关联。

方法包括，例如，使用多变量分析或匹配来调整假设暴露（例如微生物分类群的丰度）与研究中的疾病或病症之间的混杂变量。混杂因素可以被认为是暴露和研究结果的常见原因，可以导致暴露和结果之间的虚假关联。例如，年龄可能是一个常见的混杂因素，因为它会影响微生物组和大多数健康结果的风险。

如果不采取措施避免批次间条件的不平衡，实验室批次效应也可能混淆微生物组与感兴趣条件之间的关系。试图控制测量混杂的常用方法是调整或分层混杂。应为因果推断的回归模型中包含或排除的变量提供理由，因为对非混杂变量进行调整或分层会引入偏差。作为这一理论论证的一部分，作者应考虑包括一个有向无环图，显示假设的感兴趣的因果关系。

除了考虑本研究的理论动机外，还应讨论可能会扭曲微生物组与感兴趣变量之间观察到的关系的选择或生存偏差的可能性。例如，这种偏倚可能是由于失访（在纵向研究中）或由于疾病本身而没有将参与者纳入研究（例如，死于侵袭性结直肠癌和还没有幸存下来，无法参与结肠直肠癌微生物组的假设研究）。检查表中其他地方的其他项目可能与因果推断问题直接相关，包括假设、研究设计、匹配、偏倚和普遍性。鼓励调查因果问题的作者在因果推断的背景下考虑他们对这些项目的报告。

生物信息学和统计方法

对生物信息学和统计方法的充分描述对于生成严谨且可重复的研究报告至关重要。

应描述数据转换（例如标准化、稀疏和百分比）。应充分披露质量控制方法，包括过滤或删除读数或样本的标准。应说明用于分析数据的所有统计方法，包括如何选择感兴趣的结果（例如，使用P值、q值或其他阈值）。

应详细描述分类、功能分析或其他序列分析方法。为了重现性，所有用于数据预处理和分析的软件、软件包、数据库和库都应该被描述和引用，包括版本号。

可重复的研究

可重复的研究实践作为出版过程中的质量检查以及进一步的透明度和知识共享，如 Schloss 提出的标题中所详述。期刊越来越多地实施可重复的研究标准，包括数据和代码的发布，并且在可能的情况下应遵循这些指南。

如果可能，原始数据和处理过的数据，应存放在独立维护的公共存储库中，这些存储库可提供长期可用性，例如由 NCBI 或 EMBL-EBI 维护的公共存储库。Zenodo ( https://zenodo.org/ ) 或 Publisso (https://www.publisso.de/en/ ) 可用于为处理后的数据集提供 DOI。

如果数据或代码不公开或不能公开，即使在提供限制访问选项的存储库中，也应提供感兴趣的读者如何访问数据的描述。至少应描述任何受保护的信息，以及如何访问此类数据。

结 果

描 述 性 数 据

应报告关于研究人群的描述性统计数据。至少，应描述研究人群的年龄和性别，共享数据文件中应包括每位参与者的年龄和性别，但应尽可能报告其他重要的参与者特征，包括药物使用或生活方式因素，例如饮食。

作者应考虑在描述性统计表中如何报告这些数据。例如R 软件中的 table1 包等包，使创建这样的表不那么复杂。

结 果 数 据

研究的主要结果应该是详细的，包括描述性信息、感兴趣的发现和任何额外分析的结果。

应为每个组和每个时间点报告描述性微生物组分析（例如，降维如主坐标分析、多样性测量和总分类组成）。

这应为读者提供了差异丰度分析的结果。当报告差异丰度测试结果时，应明确说明每个可识别的标准化分类单元的差异丰度的大小和方向。其他类型分析的结果，如代谢功能、功能潜力、MAG 组装和 RNA-seq，也应在结果中描述。

附加结果（例如，非显著结果或完全差异丰度结果）可以包含在补充中，不应完全排除。

虽然这个问题已经存在了几十年，许多领域的期刊都认识到发表偏倚的问题，但在出版物中包含此类结果将有助于降低这种偏倚的严重程度，并改进未来的系统评价和荟萃分析。

讨 论

讨论应包括对本研究和相关方法的局限性的讨论。应讨论偏差的可能性以及它们将如何影响研究结果。

许多形式的偏倚，例如残差/未测量混杂、与成分分析相关的偏倚、测量偏倚或选择偏倚，都可能影响对研究结果的解释，在讨论中承认潜在的偏倚来源很重要。

还应考虑研究发现的普遍性，以及这些发现是否适用于目标人群或其他人群。如果不同形式的偏见没有被评估或假设，可以忽略不计，但应说明这一点。

主要参考文献

Mirzayi C, Renson A; Genomic Standards Consortium et al. Reporting guidelines for human microbiome research: the STORMS checklist. Nat Med. 2021 Nov;27(11):1885-1892. doi: 10.1038/s41591-021-01552-x.

Wirbel, J. et al. Meta-analysis of fecal metagenomes reveals global microbial signatures that are specific for colorectal cancer. Nat. Med. 25, 679–689 (2019).

Simoneau, J., Dumontier, S., Gosselin, R. & Scott, M. S. Current RNA-seq methodology reporting limits reproducibility. Brief. Bioinform. 22, 140–145 (2021).

Ten Hoopen, P. et al. The metagenomic data life-cycle: standards and best practices. Gigascience 6, 1–11 (2017). – PubMed – PMC

Yilmaz, P. et al. Minimum information about a marker gene sequence (MIMARKS) and minimum information about any (x) sequence (MIxS) specifications. Nat. Biotechnol. 29, 415–420 (2011). – PubMed – PMC