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谷禾健康
人类微生物组有多种来源（比如通过母亲向婴儿的垂直传播，通过饮食等）。环境暴露允许人类与整个微生物生态系统相互作用，并且有新证据表明，生态系统中微生物的多样性可能影响人类微生物群的组成，从而对免疫功能和健康结果产生影响。
人类在富含微生物的环境中进化，病原体和共生菌共同调节着肠道微生物群和免疫系统。然而，城市化、土地利用变化、相关的生物多样性损失，以及室内时间的增加，都使我们减少了对更具多样性的环境微生物群的接触。
“卫生假说”的一个扩展假设是，如果减少与更多样的环境微生物群接触，可能导致人类微生物群的不利变化，从而导致各种疾病，比如自身免疫性疾病、过敏和哮喘。
近期的动物和人类研究，证明了环境微生物群暴露对宿主微生物组的影响；从而提供了环境微生物群对人体肠道微生物群和免疫功能的潜在调节作用的证据。
本文主要介绍研究人员提出的，环境微生物群暴露可能会改变人体肠道微生物群和免疫功能，且基于该理论的微生物群针对性改善措施。
目前有几项人类干预研究发现，与自然环境的相互作用（如接触土壤、植物物质）会影响皮肤、口腔、鼻腔和肠道微生物群，这里重点关注肠道微生物群，包括儿童和成人人群。4项研究总结如下：
doi.org/10.1016/j.mucimm.2023.03.001
通过这些研究，我们可以看到对影响肠道微生物组和/或免疫功能的干预措施研究包括：
直接接触堆肥和土壤混合物，在微生物富集的沙坑中玩耍（包括植物物质和商业园艺土壤）；接触室外绿地和绿墙等。
沙坑
添加富含微生物的土壤粉末可使沙子微生物群多样化，影响儿童微生物群
一项双盲安慰剂对照研究，在干预组中，3-5岁的儿童暴露于富含微生物多样化土壤的操场沙子中，或者在安慰剂组中，视觉相似但微生物贫乏的泥炭沙子（n=13）。孩子们每天在沙盒中玩两次，每次20分钟，持续14天。
肠道变形杆菌多样性仅在干预组0至14天之间下降（线性混合效应模型简称LMM：P = 0.02， Q = 0.03），而安慰剂组则保持在基线水平（LMM：P > 0.6）。
在第14天，与安慰剂组相比，干预中的肠道变形杆菌辛普森多样性较低（t检验P<0.016，Q = 0.06），但在第28天不再降低（t检验P = 0.23）。
肠道菌群潜在变化与免疫标志物之间的关联
进一步探讨了肠道菌群测量值是否与线性混合效应模型的免疫参数相关。
——干预组中血浆中IL-17A的水平降低
干预组的肠道变形细菌多样性（辛普森和香农）降低，这种减少与血浆IL-17A水平降低有关。
注：IL-17是一种促炎细胞因子，与几种免疫介导的疾病有关，包括炎症性肠病，类风湿性关节炎和多发性硬化症。
——干预组中血浆中IL-10的水平增加
其他几种已知健康结果的肠道菌群与血浆IL-10水平相关。其中，厚壁菌门与拟杆菌门的比值（肥胖相关）与IL-10呈负相关，拟杆菌属的相对丰度与血浆中IL-10水平呈正相关。
注：IL-10是一种抗炎细胞因子，可通过限制促炎细胞因子的分泌以及调节巨噬细胞，T细胞和B细胞来预防自身免疫性疾病。
扩展阅读：肠道细菌四大“门派”——拟杆菌门，厚壁菌门，变形菌门，放线菌门
Faecalibacterium和Roseburia相对丰度的变化直接相关，而Romboutsia相对丰度的变化与IL-10水平的变化呈负相关。
扩展阅读：肠道核心菌属——普拉梭菌（Faecalibacterium Prausnitzii），预防炎症的下一代益生菌
编辑
doi.org/10.1016/j.ecoenv.2022.113900
总的来说，该研究支持免疫介导疾病的生物多样性假说，干预组儿童的免疫应答与安慰剂组儿童的免疫应答不同。环境微生物群可能有助于儿童健康。
绿地
邻近自然绿地对儿童特异性过敏具有保护作用
来自加拿大健康婴儿纵向队列研究的数据（699名婴儿）表明，婴儿早期生活在邻近自然绿地，在3岁时对多种吸入性特应性过敏的发展具有保护作用（优势比 = 0.28[95%CI 0.09，0.90]）。4 个月大时肠道微生物群的放线菌门多样性介导了这种关系。
自然植被与更大的物种丰富度相关，但降低了小婴儿肠道中放线菌门的辛普森多样性。
这听起来有点矛盾。
我们知道，双歧杆菌作为益生菌可以预防特应性疾病，双歧杆菌属于放线菌门，为什么减少放线菌多样性值，反而可能降低过敏风险有利健康？
实际上，放线菌多样性辛普森测量值较低，表明物种分布不均匀，且少数优势双歧杆菌富集。
越来越多的证据表明，当大量的成人双歧杆菌相关物种，如B. catenulatum和青春双歧杆菌（B. adolescentis）在幼年时主导肠道菌群时，特异反应的风险更大。
也就是说，本来放线菌的辛普森多样性与吸入物致敏状态之间的正相关，但这种相关性因接近自然绿地而降低，据推测，这是婴儿主要双歧杆菌物种（如婴儿双歧杆菌）富集的结果。
鉴于早期双歧杆菌定植和低多样性的肠道微生物组的重要性，自然植被通过婴儿特异性双歧杆菌富集对吸入物致敏的保护作用值得进一步研究。
总之，该研究强调了促进自然城市绿地保护的重要性，通过降低特应性疾病的易感性来改善儿童健康。
扩展阅读：肠道核心菌属——双歧杆菌，你最好拥有它
绿墙
办公场所空气流通的绿墙会改变微生物组并调节上班族的免疫系统
最近的一项研究发现，暴露在办公场所的绿墙（带有植物）14天后，可能增加皮肤微生物组的多样性，绿墙研究中观察到的变化与对人类健康有益的变形杆菌和乳酸杆菌有关。
这种变化与血液样本中细胞因子转化生长因子βmRNA的表达有关，表明环境微生物群在免疫功能中的潜在作用。
由于没有直接接触绿墙，这些发现表明，皮肤微生物组和免疫功能可能与接触三种治疗的空气生物群落有关；然而该研究并未对空气微生物组进行评估。
空气微生物组的研究
不过呢，这一想法得到了一项小鼠研究的支持，在这项研究中，小鼠暴露于无土壤、低多样性土壤和高多样性土壤的空气微生物群中，在暴露7周后，各组之间的粪便和盲肠微生物群的群落组成存在显著差异。
关于空气微生物组对肠道微生物组和免疫功能的潜在影响的证据尚处于起步阶段，由于目前对低生物量样本的微生物组研究的局限性，在人类中建立这种关系将具有挑战性。
方法偏差
迄今为止，包含比较组的人类研究相对较少，也存在一系列潜在的方法偏差。例如，两项研究中的分配偏差，没有将微生物群暴露与干预措施的其他因素（如自然因素）隔离，干预措施的相对短期性质以及干预措施停止后的随访期。需要更多研究。
样本量
所有研究中的样本量相对较小。
精细化程度
目前微生物组分析侧重于相对较高的分类群，在DNA提取和测序技术以及生物信息学方面，通常缺乏明确性和精细度。还需要对免疫功能进行更全面的评估。
普遍性
在确定这些发现如何适用于所调查的场景之外时，还必须考虑这些发现的普遍性。
由于暴露环境组成的潜在差异以及暴露人群的行为差异（如室内时间、饮食、体力活动），此类干预措施调节肠道微生物群的普遍性尚不清楚。
对于健康状况较差的人，目前还没有关于环境微生物群如何影响其肠道生态和免疫功能的数据。关于暴露于环境微生物群作为调节肠道微生物群的工具的一个潜在问题是安全性。虽然我们总是与环境微生物群接触，但在建议改变这种接触时，我们必须注意潜在的感染风险增加（例如环境中的病原体），特别是对于免疫系统受损的人群。
虽然以上不足可能会影响我们对环境微生物群暴露如何影响肠道微生物群的理解，但研究提供了初步证据，表明这些暴露可能会改变人体肠道微生物群和免疫功能。
关于剂量、治疗持续时间和干预停止后变化的持续性，仍有许多问题，但随着这一领域研究的增长，预计将有更多明确的研究证据提供。
研究人员认为，可以采取几种方法来改善对更多样环境微生物群的暴露。具体如以下几个方向：
行为改变：
土壤摩擦、园艺、更多时间在绿地中户外活动；
优化人们常接触空间中的环境微生物群：
在室外环境中，更大的植被多样性与更多样的土壤微生物多样性和更多样的空气生物群落相关联；
而在室内环境中，环境微生物群可以通过建筑设计特征来改变，包括允许阳光和通风的窗户、控制湿度和温度以及减少室内污染物。
均质化、富含微生物的土壤可用于重建城市游乐场。
微生物接种的油漆和瓷砖：
这可能正在成为一种新的策略，作为一种更具针对性的方法，可以在不太可能有绿地的环境中，调节环境微生物群，从而调节人类微生物群。（例如边界生物安全、潜艇或太空旅行）
与其他基于微生物群干预措施并用：
环境微生物组暴露干预措施可与其他基于微生物组的干预措施一起使用，以实现协同增效，从而增强和/或延长任何益处。例如，如果暴露于更多样的环境微生物群延长其效力，粪菌移植给药的频率可能会降低。
暴露于环境微生物群可能会改变人体肠道微生物群和免疫功能，这一领域的研究尚处于起步阶段，需要进行更多的研究，以更好地了解暴露的类型和剂量、不同人群发现的普遍性，并确保此类干预措施的安全性。
这些研究为我们拓宽视野，应对城市居民免疫介导疾病的高发病率，新的可持续的基于自然的预防性干预措施正在涌现，增加户外活动与自然重新建立联系，生物多样性粉末用来制造沙子，重建城市栖息地，或者绿墙的建筑改造也可以成为新的选择。
主要参考文献：
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Soininen L, Roslund MI, Nurminen N, Puhakka R, Laitinen OH, Hyöty H, Sinkkonen A; ADELE research group. Indoor green wall affects health-associated commensal skin microbiota and enhances immune regulation: a randomized trial among urban office workers. Sci Rep. 2022 Apr 20;12(1):6518. doi: 10.1038/s41598-022-10432-4. PMID: 35444249; PMCID: PMC9021224.
Stanhope J, Weinstein P. Exposure to environmental microbiota may modulate gut microbial ecology and the immune system. Mucosal Immunol. 2023 Mar 9:S1933-0219(23)00015-6. doi: 10.1016/j.mucimm.2023.03.001. Epub ahead of print. PMID: 36906178.
Roslund MI, Puhakka R, Grönroos M, Nurminen N, Oikarinen S, Gazali AM, Cinek O, Kramná L, Siter N, Vari HK, Soininen L, Parajuli A, Rajaniemi J, Kinnunen T, Laitinen OH, Hyöty H, Sinkkonen A; ADELE research group. Biodiversity intervention enhances immune regulation and health-associated commensal microbiota among daycare children. Sci Adv. 2020 Oct 14;6(42):eaba2578. doi: 10.1126/sciadv.aba2578. PMID: 33055153; PMCID: PMC7556828.
Sacks D, Baxter B, Campbell BCV, Carpenter JS, Cognard C, Dippel D, Eesa M, Fischer U, Hausegger K, Hirsch JA, Shazam Hussain M, Jansen O, Jayaraman MV, Khalessi AA, Kluck BW, Lavine S, Meyers PM, Ramee S, Rüfenacht DA, Schirmer CM, Vorwerk D. Multisociety Consensus Quality Improvement Revised Consensus Statement for Endovascular Therapy of Acute Ischemic Stroke. Int J Stroke. 2018 Aug;13(6):612-632. doi: 10.1177/1747493018778713. Epub 2018 May 22. PMID: 29786478.
谷禾健康
肠道菌群和人体健康息息相关，我们经常讲饮食、生活方式等都可以影响肠道菌群的组成，除了这些耳熟能详的因素之外，其他异源物如环境中的污染物，重金属，药物等都会影响肠道菌群，反过来，细菌也可以通过生物积累或化学修饰影响这些化合物。
通过皮肤接触、吸入或摄入等方式，我们每天都在和异生素接触，可能通过补充剂或药物自愿摄入异源物，或者通过受污染的食物和水被动摄入异源物。
肠道微生物群可以在吸收之前或之后与摄入的化合物相互作用。
了解肠道微生物群如何处理膳食成分的分子机制，是用“功能性食品”、益生菌和益生元治疗不同疾病的理论基础，有利于根据患者的代谢状况和肠道微生物群进行个性化营养定制。
与饮食类似，对肠道微生物群改变重金属、污染物、药物毒性进行研究，可以从肠道菌群代谢角度打开视野，进一步探讨从体内去除有害化合物并预防疾病的方法。
本文主要介绍了肠道微生物群对基本营养物质、重金属、污染物、药物、中草药等产生的代谢作用，并提供了基于肠道菌群的改善方式，以减轻这些有毒元素造成的损害。
什么是异源物？
异源物（xenobiotics），也就是说外源物质，来自希腊语，是指使人体从外界（包括肠道中的细菌作用产物）摄入体内的化学物质，例如药物、毒物、食品添加剂、环境污染物等。
人类肠道微生物群是一个多样而复杂的微生物群落，与宿主一起进化。肠道微生物群是宿主代谢过程的组成部分。
有时候会把肠道微生物群比作“器官”，可以干扰调节代谢的宿主基因。
人体肠道微生物群和异源物之间的大多数相互作用发生在胃肠道粘膜上。由于消化道的范围不同，不同的区域为微生物和代谢过程提供了不同的栖息地。
当我们说异源物的微生物代谢时，应该在宿主代谢过程的背景下进行。后者往往是同时发生的和相互竞争的。
▼ 异源物是怎么进入人体代谢的？
异源物经口服、吸收后在肠上皮细胞之间或通过肠上皮细胞传递，可被宿主酶处理或不被宿主酶处理。之后，它们可以通过门静脉输送到肝脏。
在肝脏中，异源物受到许多代谢酶的影响。因此，外源性代谢产物进入全身循环，从而使其分布到组织中并影响其他器官。
代谢产物可以与消化道的上皮细胞局部相互作用。当外源性药物通过静脉注射时，它们跳过了“第一道”代谢，立即进入全身循环。
而循环的外源性代谢产物进一步代谢并通过胆汁排泄排出，然后通过肠肝循环在小肠中重新吸收，或通过肾脏排出到尿液中。
▼ 异源物怎么和肠道菌群相遇？
可以通过多种途径与肠道微生物相遇。
小肠外源物中未被吸收或吸收不良的物质，继续进入大肠，被肠道微生物转化。
容易吸收或静脉注射的外源性物质最终可以通过胆汁排泄，到达肠道细菌。
▼ 肠道菌群影响异源物的生物转化
除了上面说的代谢过程外，肠道微生物群还可以影响异源物的生物转化，从而影响其功能和毒性。
同样，异源物可以诱导基因表达在人类肠道微生物群的直接参与异源物的代谢。结果表明，即使在短期暴露于异源物期间，这种表达也会上调。
异源物和微生物群之间的复杂相互作用
DOI: 10.2174/1389200221666200303113830
肠道微生物群对几种外源性物质的生物转化已通过体外和体内模型进行了广泛研究。然而，由于许多其他因素，例如在到达肠道细菌更普遍的肠道下部之前的有效吸收，或肝脏中的异源代谢，防止肠道微生物群遇到特定代谢产物，人类的异源物生物转化可能会发生很大变化。
同样，暴露于异源物质时，肠道菌群的结构和功能会发生特定变化。
摄入的外源物质的这些直接代谢导致了几种情况：
人类微生物群和异源物质相互作用是一个复杂的代谢网络，影响着双方。
饮食是人类健康的基石，目前已有许多研究将饮食模式与健康结果联系起来，这其中离不开肠道菌群的深度参与。在我们之前的多篇文章中也有相关阐述，这里我们简要回顾一下膳食化合物的代谢，重点关注重金属，污染物，药物代谢等异源物，逐一了解肠道菌群对异源物代谢过程，及其与健康之间的关联。
肠道菌群可以从多种膳食化合物中提取营养和能量，该过程的程度和类型在个体之间差异很大，主要是因为肠道微生物酶的存在和丰度不同，这里主要关注膳食蛋白质、脂类和多酚的转化。
膳食蛋白质可以用来做什么？
它可以体液平衡、细胞修复、血液凝固、激素、产生酶等。它也是肠道菌群的食物，主要作为氨基酸来源，可用于蛋白质合成和代谢能量的产生。
而肠道微生物群参与蛋白质代谢，它们在营养利用和宿主反应之间的相互作用中起着关键作用。
关于肠道微生物群参与蛋白质代谢详见：
小肠中的蛋白酶和许多肽酶对于将膳食蛋白质消化为氨基酸和寡肽是重要的。
肠道微生物群具有利用氨基酸的专门酶。
肠上皮细胞参与氨基酸分解代谢，并通过调节肠道屏障功能在先天免疫和适应性免疫中发挥重要作用。
肠道微生物生活在肠腔中，与粘蛋白密切相互作用，其任何变化都可能改变粘蛋白分泌。据推测，肠道微生物群利用必需和非必需的管腔氨基酸。
➤ 肠道菌群的组成及位置影响氨基酸代谢
肠道菌群的组成及其在肠道中的位置，对于确定膳食蛋白质的生产速率和氨基酸的代谢命运至关重要。
约氏乳杆菌(Lactobacillus johnsonii)
约氏乳杆菌是小肠中的常见居民，这种菌缺乏编码参与氨基酸生产的生物合成途径的基因。
约氏乳杆菌不利用氨，也不参与硫同化的代谢途径。但约氏乳杆菌产生一种胞外蛋白酶、3种寡肽转运蛋白、超过25种胞浆肽酶和20种氨基酸渗透酶型转运蛋白。这些有助于约氏乳杆菌吸收外源氨基酸或肽用于蛋白质合成。
➤不同菌群蛋白水解活性可能直接导致人类疾病
这里拿乳糜泻来举例，肠道微生物群与乳糜泻有关。乳糜泻是一种常见的自身免疫性疾病，其特征是对小麦基食物中的膳食面筋产生炎症反应。
这种富含脯氨酸的蛋白质避免了宿主蛋白酶的完全消化，从而产生了高分子量的免疫原性肽。肠道微生物群可能通过改变面筋蛋白水解来影响乳糜泻。
乳糜泻患者的肠道菌群是如何引发疾病的？
健康人和乳糜泻患者的粪便悬浮液，对面筋蛋白和免疫原性肽的处理方式不同。
一般健康人通过乳酸杆菌产生肽，而乳糜泻患者不一样，乳糜泻患者会多一些铜绿假单胞菌，这种铜绿假单胞菌产生的面筋衍生肽，更加易于穿过小鼠肠道易位，并引发增强的面筋特异性免疫应答。
所以说，鉴定负责肠道微生物面筋加工的特定蛋白酶，不仅可以更好地理解乳糜泻，还可以为该疾病的治疗干预提供信息，包括酶或益生菌治疗。
肠道微生物还可以将从膳食蛋白质中获得的氨基酸（包括l-苯丙氨酸、l-酪氨酸和l-色氨酸）代谢为一系列生物活性产物。例如，肠道细菌可以将l-色氨酸代谢为多种产物，包括抗氧化剂吲哚-3-丙酸、神经递质色胺和吲哚，后者可以通过肝脏酶进行羟基化和硫酸化，生成尿毒症毒素硫酸吲哚。
关于色氨酸代谢详见：
肠道微生物对脂质吸收很重要。
➤ 胆固醇的吸收
饮食胆固醇是西方饮食中与心血管疾病风险增加相关的主要成分。吃进去的胆固醇，被小肠吸收，随后经历胆汁排泄和肠肝循环。
➤ 肠道微生物群对胆固醇的影响
粪甾醇不能被重新吸收并被排出体外。通过肠道微生物的减少，胆固醇产生了不可吸收和排泄的粪甾醇。因此，这种转变有效地去除了循环中的胆固醇。
人类粪便中高达50%的类固醇是粪甾醇。高胆固醇降低患者和低胆固醇降低患者体内微生物群，分别定植的无菌小鼠，产生不同数量的粪甾醇。
还有研究表明，降低胆固醇的细菌可能会降低血清胆固醇。
➤ 降低胆固醇的细菌
对降低胆固醇的肠道细菌——产粪甾醇真细菌的研究表明，粪甾醇合成可能涉及氧化为5-胆甾-3-酮，然后烯烃异构化为4-胆甾-3-烯酮，共轭还原和酮还原。
确定负责这些修饰的酶并确定其在患者体内的丰度可能是关键，因为抑制胆固醇重吸收是降低胆固醇水平的有效方法。
关于脂质代谢，详见：
多酚是天然植物化合物，是人类饮食中最丰富的抗氧化剂，可以预防慢性退行性疾病。
多酚包括植物源性食物中存在的一类次级代谢产物，当它们作为纯化合物或富含多酚的提取物被纳入饮食中时，可以通过调节肠道微生物群的组成产生健康影响。当每天摄入高达2g时，多酚是重要的膳食生物活性成分。
它们的微生物调节是预期的，它们的化学结构，包括许多酚基团，表明了潜在的抗菌作用。
即使是不可吸收的聚合物化合物也会被肠道微生物群转化为可吸收的生物活性代谢物。
膳食多酚的生物利用度主要取决于肠道微生物群的组成：
Westfall S, et al., Front Neurosci. 2019
肠道微生物群进行的三个主要分解代谢过程是水解、裂解和还原反应。在这些分解代谢反应之后，释放的苷元可能进行 II 期代谢并被肠道微生物群转化为简单的酚类衍生物，从而促进身体吸收。
关于肠道菌群代谢多酚详见：
近年来，人们越来越关注环境污染物对健康带来的影响。虽然说大多数污染物不直接针对肠道微生物群，但其中一些污染物可以通过不同途径进入人体，并与肠道微生物相互作用。
肠道菌群 ⇔ 污染物
肠道菌群活动可以改变这些化学品的毒性和生物利用度，并延长宿主接触有害化合物的时间。
暴露于环境污染物会改变肠道菌群的组成，导致能量代谢、免疫系统功能、营养吸收和/或产生其他毒性症状。
在评估这些物质的安全性时，必须考虑肠道微生物代谢的后果。这里讨论了几种与人类疾病风险有关的化学物质——重金属、持久性有机污染物和杀虫剂，有证据表明微生物代谢会影响其毒性。
DOI: 10.2174/1389200221666200303113830
环境中的重金属与许多有害影响有关，包括致癌、氧化应激和对免疫系统的影响。几项研究表明，接触重金属也可能导致肠道微生物群失调。我们将以砷、镉、铅为例，展示重金属如何与肠道微生物相互作用，又会带来哪些健康后果。
Liu X, et al.,Environ Pollut. 2023
砷（As）
砷（As）是最常见的有毒环境化合物之一。它具有已知的致癌作用。砷能够以砷酸盐[As(V)]的形式附着于固体表面。As(V)摄入并暴露于肠道微生物群后，会诱导硫化和甲基化。
研究发现，小鼠仅4周暴露于10mg/L的砷，就会显著干扰肠道微生物群的组成和代谢组学特征，拟杆菌门的丰度显著增加，而厚壁菌门的丰度则显著减少。这些变化与含吲哚的代谢产物、脂质代谢产物、异黄酮代谢产物和胆汁酸代谢产物有关。
➤砷暴露通过影响菌群及其代谢产物，损伤肝脏，从而影响健康
砷暴露会导致肠道微生物死亡，从而进一步损害肠道中的砷代谢。一旦砷不能代谢出体外，宿主的健康就会受到影响。砷暴露导致的肝脏损伤可能是由于肠道微生物代谢产物（如LPS）的变化所致。这种代谢产物是肝脏损伤的重要指标，并间接激活肠-肝轴。这表明肝脏是砷毒性的主要靶器官之一。
➤砷暴露影响脂质代谢，碳水化合物代谢
砷暴露极大地影响血清和肝脏的脂质稳态，主要影响脂质代谢，脂质代谢失衡与神经系统疾病有关，例如帕金森氏症、阿尔茨海默氏症和肌萎缩侧索硬化症；而肠道菌群在宿主脂质代谢中起着极其重要的作用，因为细菌产生的短链脂肪酸是宿主脂质合成、脂肪酸氧化和脂肪分解稳态的主要调节剂。
扩展阅读：
砷暴露还显着影响碳水化合物代谢途径。在砷暴露小鼠的肠道基因组中，参与淀粉利用系统的基因丰度显著增加。
➤食源性砷暴露不同于水源性砷暴露，会延长砷在胃肠道中的滞留时间
研究发现，小鼠粪便样本中接触30天砷，厚壁菌门和拟杆菌门的比例没有变化，该比率在暴露后 60 天显着降低，并且糖酵解、糖异生和肌醇磷酸代谢等碳水化合物代谢相关基因显著下调。
食源性砷暴露的影响是持久的。砷会导致参与丙酮酸代谢的几种酶水平下降，乙酸激酶和3-羟基丁基辅酶a脱氢酶水平下降，从而导致能量代谢异常。淀粉利用系统中susB、susC、susD和susR基因的增加，虽然缓解了这一情况，但碳水化合物代谢最终受到影响。
镉（Cd）
镉（Cd）用于电池、塑料、金属镀层和颜料的生产。镉以其致癌性、免疫毒性和肝毒性而闻名，它还诱导氧化应激。
研究人员发现雄性小鼠暴露于低剂量的镉（饮用水中为10mg/L）10周后，厚壁菌门和g-变形菌门的丰度降低，盲肠和粪便中拟杆菌门的丰度增加。肠道微生物组组成的这些变化与雄性小鼠血清中脂多糖（LPS）水平升高、肝脏炎症和能量代谢失调有关。
➤镉暴露影响脂肪代谢，引起“肠漏”，减少短链脂肪酸，引发炎症
镉暴露会引起代谢功能的显着变化，影响脂肪代谢并最终导致脂肪堆积。
镉暴露引起的肠道菌群失调会增加 FITC-葡聚糖，FITC-葡聚糖是肠道通透性的重要生物标志物，肠道通透性的增加会改变炎症和新陈代谢。
镉暴露会导致产短链脂肪酸菌数量急剧减少，并降低丁酸和丙酸的含量，短链脂肪酸减少会导致能量代谢受损，也会诱发炎症反应。
铅（Pb）
铅暴露没有明确的阈值。研究发现，血液中任何浓度的铅都会对成人和儿童产生毒性作用。铅中毒可直接影响中枢神经系统、肾脏和血压。
铅通过消化系统在体内蓄积，并对肠道微生物的组成产生显着影响，除了改变肠道多样性、菌群的组成之外，在一定程度上也改变代谢功能。铅对菌群影响主要是，厚壁菌门丰度减少，拟杆菌门丰度增加：
扩展阅读：
铅暴露还会导致某些代谢物和代谢途径发生变化。主要涉及胆汁酸、维生素、氮代谢、氧化应激、防御机制和能量代谢。而且，宿主释放有害代谢产物等变化可能会加剧铅造成的损害。
氮代谢的主要变化是UreE的激活；亚硝酸盐加速向一氧化氮生成，一氧化氮过量可能导致氧化应激、神经毒性、免疫抑制等问题。
注：UreE是一种激活尿素酶的共蛋白，导致尿素酶升高，最终导致肠道细菌中尿素的减少。
重金属暴露后肠道菌群紊乱引起的主要代谢变化
Liu X, et al.,Environ Pollut. 2023
肠道微生物群的研究为评估重金属毒性机制提供了一种新的途径。
持久性有机污染物(POP)，包括有机氯农药、多氯联苯(PCB)、多溴二苯醚和多环芳烃(PAHs)，是一种持久性和高毒性的合成化合物，可在生物组织中积累，可能与肥胖、糖尿病、自身免疫性疾病和某些发育障碍发病率上升相关。
扩展阅读：
通常，持久性有机污染物在摄入食物或水后会暴露于肠道微生物群，因此需要了解它们对肠道微生物的影响。
多氯联苯（PCB）
多氯联苯具有优异的介电财产和化学稳定性，因此用于制造冷却液、变压器、液压油和润滑剂。多氯联苯被认为是致癌物，可在小鼠暴露2天内显著改变肠道微生物群组成。肠中的产气荚膜梭菌Clostridium perfringens 和贝氏梭菌Clostridium beijerinckii可以降解多氯联苯，通过去除氯原子并打开苯环。
暴露于2，3，7，8-四氯二苯并呋喃（TCDF）（一种PCB）至少5天，可降低厚壁菌门/拟杆菌门的比例，降低梭状芽胞杆菌的水平，并增加盲肠内容物中的黄杆菌Flavobacteria水平。上述肠道微生物群的改变与胆汁酸代谢的变化有关。此外，TCDF还可以抑制法尼素X受体（FXR）信号通路，从而引发细菌发酵导致的宿主的严重炎症和代谢紊乱。
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杀虫剂
在食品材料、水和土壤中检测到多种农药残留，这使得农药成为一个严重的环境问题。一些杀虫剂具有抗菌活性，因此能够改变肠道微生物组的组成。
氯氰菊酯（PEM）
氯氰菊酯（PEM）低剂量用于大鼠，结果降低了拟杆菌、普雷沃氏菌和卟啉单胞菌的丰度，增加了肠杆菌科和乳杆菌的丰度。这些菌群变化可能促进氯氰菊酯的神经毒性。
毒死蜱（CPF）
毒死蜱（CPF）是一种有机磷杀虫剂，通常用于水果、蔬菜和葡萄园。毒死蜱可以通过肝脏或肠道中的细胞色素P450酶代谢。毒死蜱增加了肠球菌、拟杆菌和梭菌的水平，但降低了大鼠肠道中乳酸杆菌和双歧杆菌的水平。
毒死蜱诱导的肠道失调导致粘膜屏障受损，细菌易位增加，并激活先天免疫系统。
以上是重金属等异源物对肠道菌群带来的影响，肠道菌群的变化也会给宿主健康造成影响。基于肠道菌群的层面进行干预，在一定程度上，可以帮助人体免受有害异源物积累带来的健康困扰，这些干预措施包括益生菌，饮食，运动等。
益生菌对重金属的作用
两种重金属解毒策略如下：
✔ 益生菌对重金属诱导的肠道细菌失调的保护
➦ 传统益生菌：
研究表明，鼠李糖乳杆菌（Lactobacillus rhamnosus sp.shermanii JS）和丙酸杆菌（Propionibacterium freudenreichii）能够在体内和体外成功解毒重金属。
有研究发现，含有鼠李糖乳杆菌GR-1 的益生菌降低了孕妇血液中砷和汞的含量。
以下菌株通过肠道重金属隔离和刺激肠道蠕动促进重金属的粪便排泄，从而减少重金属在肠道中的吸收，并逆转重金属引起的肠道菌群变化：
植物乳杆菌TW1-1
植物乳杆菌CCFM8610
乳酸片球菌（Pediococcus acidilactici strain BT36）
蜡样芽孢杆菌
植物乳杆菌CCFM8661
植物乳杆菌CCFM8610
扩展阅读：客观认识植物乳杆菌 (L. plantarum) 及其健康益处
罗伊氏乳杆菌P16
扩展阅读：认识罗伊氏乳杆菌(Lactobacillus reuteri)
短乳杆菌23017
➦ 下一代益生菌：
普拉梭菌Faecalibacterium prausnitzii 是一种可以生产短链脂肪酸能力的人类肠道共生菌，参与微生物的解毒作用。
扩展阅读：肠道核心菌属——普拉梭菌（Faecalibacterium Prausnitzii），预防炎症的下一代益生菌
➦ 重组细菌：
由于一些天然益生菌的不足，重组菌成为重金属污染微生物解毒研究的热点。重组乳酸乳球菌pGSMT/MG1363，产生一种类似于谷胱甘肽 S-转移酶的融合蛋白，具有解毒功能。将重组乳酸乳球菌菌株喂给新生大鼠后，血铅水平显著降低。
Pb结合结构域（PbBD）是已证明具有吸附Pb2+能力的蛋白质之一。通过构建大肠杆菌PbBD并将其引入草鱼体内，结果表明，大肠杆菌PbBD可通过与Pb2+()结合，来减少组织中的Pb积累。
益生菌解毒重金属的机制
与细胞壁上的多糖的金属络合，以降低重金属浓度，通过转运蛋白的重金属离子，与细胞内金属螯合蛋白结合形成沉淀，以及通过酶反应转化为低毒形式等。
doi.org/10.1016/j.envpol.2022.120780
以上是第一种解毒策略，通过益生菌和重组细菌可以显著减少重金属对肠道微生物的影响，逐渐恢复健康的肠道菌群。接下来看第二张解毒策略：
✔ 肠道菌群防御反应的存在减少重金属的吸收
拮抗菌群的增加，可以减少宿主组织中镉的积累，从而降低发生一系列镉诱导疾病的风险。这种防御反应可能通过增加细胞外磷的浓度来增加铅的沉淀，从而降低肠道中的铅浓度。
——肠道微生物组可以直接影响砷代谢
在暴露于急性砷的小鼠肠道中，第一种反应被发现是一种防御机制，其特征是携带砷抗性基因或参与砷解毒机制的细菌数量增加。
动物研究也表明，肠道细菌通过将砷转化为粪便排泄，限制了砷在宿主体内的积累，降低了砷对宿主的影响。无机砷通过细胞膜上的磷转运蛋白或水通道蛋白进入生物体，并通过生物还原和生物甲基化进一步转化为各种其他形式的砷。
绝大多数无机砷的转化是由肠道菌群进行的，但肠道微生物对砷的处理在肠道的不同位置有所不同：
——肠道菌群抵抗铬吸收，有助于防止铬毒性
肠道微生物中的Cr(VI)耐受细菌，如副乳杆菌CL1107，在体外表现出Cr(VI)的减少，将Cr(IV)还原为Cr(III)，其在中性或碱性条件下更难溶解。Cr(III)的低溶解度及其不能透过细胞，增加了粪便中铬的排泄量。
其他可能有用的措施
1、饮食
与排出重金属有关的食物包括：
螺旋藻、香菜、蓝莓等；
富含果胶的食物，如苹果、梨和柑橘类水果；
富含硫的食物，如西兰花、洋葱和大蒜等。
新鲜蔬菜榨汁：
绿叶蔬菜富含叶绿素，叶绿素在身体的解毒过程中非常重要，有助于清除血液中的重金属和毒素。同时，蔬果汁有利于增强肝功能，肝脏能够有效地处理和消除体内的毒素。
2、净化水源
例如：通过滤水器，帮助净化水中的重金属、有毒化学物质和污染物；或者饮用矿泉水等方式。
3、适量运动
出汗是一种自然的身体过程，可以帮助我们清除体内的毒素和废物。确保定期锻炼身体，让身体出汗排毒。
对于身体来说，药物是一种异源物质。身体可能会限制药物在胃肠道的吸收；加剧其在肠道和肝脏中的新陈代谢。
为什么不同人用药效果不一样？
药物明明是用于治病的，为什么可能带来所谓的副作用或者说毒性，甚至更严重后果？
肠道菌群是如何影响药物代谢，从而对身体带来不同影响？
用于神经系统疾病的药物，也与肠道菌群相关？
一个人服用多种药物，为什么会叠加健康风险？
本章节我们用常见的抗炎药，止泻药，癌症药物，神经系统药物，抗病毒药物来举例，从肠道菌群的角度来了解药物代谢的相关问题。
➤ 微生物对前药转化率不同，会影响患者疗效
抗炎药，尤其是针对胃肠道的抗炎药，由肠道细菌直接（化学修饰）或间接（通过微生物群和宿主细胞之间的相互作用）转化。此外，这些药物中的一些作为前药摄入，依赖微生物代谢将非活性前体转化为药物活性化合物。
肠道微生物将柳氮磺吡啶还原为磺胺吡啶后，柳氮磺嗪转化为活性抗炎剂5-ASA，然后进一步代谢为非活性N-乙酰基5-ASA。偶氮还原率和乙酰化率的差异，可以解释柳氮磺吡啶对患者的不同治疗效果。
Macpherson AJ, et al., Nat Med. 2023
止泻药，洛哌丁胺的N-氧化物的减少也是肠道微生物活性激活前药的一个例子。
然而，对患者体内负责这些活动的特定生物和酶有更好的理解，有助于管理药物选择和给药等治疗。
个体之间对癌症化疗的治疗反应的一些差异，例如临床疗效和不良反应，也可能是由于肠道微生物群与药物相互作用的现象。肠道细菌可以直接改变化疗药物及其代谢产物的结构，从而改变与宿主细胞的相互作用。
➤ 癌症治疗：药物效果因人而异，可能与肠道菌群或肿瘤相关微生物对药物的结构改变有关
肠道菌群改变常用癌症药物的化学结构。在体外研究中，由于直接的化学修饰，大肠杆菌或魏氏李斯特菌（Listeria welshimeri）等细菌可以提高或降低30种抗癌药物的疗效。大肠杆菌也可以通过类似代谢活动来改变体内化疗的效果。
已知肠道微生物会降低化疗药物吉西他滨的活性浓度。大肠杆菌也可以阻止吉西他滨的疗效，因为它被微生物胞苷脱氨酶转化为其非活性代谢物。有意思的是，胞苷脱氨酶也作为嘧啶挽救途径的一部分存在于人类细胞中。因此，微生物酶在这种抗癌剂代谢中的真正影响仍然不确定。
➤ 神经药物作用于大脑，却也受控于肠道菌群
除了影响局部作用的药物外，肠道菌群代谢还会影响靶向远处器官系统的治疗效果。一些药物，如用于帕金森病治疗的口服左旋多巴，在穿过血脑屏障后，左旋多巴在大脑中被宿主酶局部代谢，以恢复多巴胺水平。然而，在到达大脑之前，药物在肠道中仍有广泛的代谢，导致浓度和患者反应发生显著变化。
一些短乳杆菌菌株，以及粪肠球菌、迟缓埃格特菌（Eggerthella lenta ）能够在体外脱羧左旋多巴，但人类中大多数控制左旋多巴转化的肠道微生物和酶尚不清楚，需要更多的研究来揭示肠道菌群与各种神经药物之间的相互作用。
➤ 怎么看待同时服用不同种类药物，死亡风险升高？
拿抗病毒药物举例，如带状疱疹药物索罗夫定。据观察，服用索罗夫定的人，如果同时服用抗癌药物5-氟尿嘧啶，死亡风险会增加，这是为什么？
可能是因为索罗夫定溴戊酸脲的肠道微生物代谢产物减少，使二氢嘧啶脱氢酶失活，这反过来促进5-氟尿嘧啶的积累，导致更显著的毒性。
也可能与不同人群中酶的活性的显著差异有关。因此，同时服用这些药物带来药物不利影响的风险系数较高。
➤ 基于对肠道菌群药物代谢的了解，开发相应的方法提高疗效或减轻不良反应
地高辛主要用于治疗心力衰竭和心房颤动等心脏疾病，但是肠道菌群可以让它失活。地高辛具有狭窄的治疗窗口，用药过量会导致中毒反应，因此在临床上使用地高辛需要仔细监测以防止可能的心脏毒性。
当迟缓埃格特菌（Eggerthalla lenta）转化为没有治疗作用的代谢产物时，心力衰竭和心房颤动的治疗受到损害。
可能的机制与地高辛暴露时，迟缓埃格特菌中双基因细胞色素编码操纵子的上调有关。这种基因表达的蛋白质产物是Cgr1-Cgr2（心苷还原酶）复合物，它可以与地高辛结合并，将其还原为非活性代谢物。
既然我们了解到了这一点，那么有没有什么办法能阻止肠道菌群让地高辛失活？
研究人员认为，高蛋白饮食可以通过精氨酸防止肠道微生物群对地高辛的失活。也就是说饮食控制可以用来改变微生物的药物代谢，因为知道了细菌有独特的营养需求。不过随着对肠道细菌转化药物的机制了解的增加，也可以开发其他治疗方法来提高药物疗效或减轻不良反应。
所有这些研究都强调了揭示药物微生物转化的所有方面的重要性，可以从研究的药代动力学中明显地影响药物的作用。了解异源代谢过程是有必要的，这可能会影响药物的疗效、剂量和避免毒性。
草药在全世界范围内用于预防和治疗各种疾病已有数千年的历史。随着对天然药物的需求不断增长，中草药在世界范围内的重要性正日益增加。
肠道微生物群将中医药化学物质生物转化为代谢物，这些代谢物具有与其前体不同的生物利用度和生物活性/毒性。
接下来，我们从生物利用度和毒性这两方面，来详细了解，肠道菌群在中草药代谢中发挥什么样的作用，如何提高中草药的生物利用度，对毒性产生的正面或负面影响如何，用什么方法可以利用肠道菌群来降低中草药毒性等。
人在服用中草药后可分为两个阶段：
◗ 草药的生物利用度低，容易到达结肠与肠道菌群相遇
在草药中，许多成分的口服生物利用度非常低，因为它们是高极性化合物，亲脂性差。因此血流中的浓度水平有限。比如说，多酚的生物利用度通常低于 10%，人参皂苷的生物利用度可低至0.1%。
由于生物利用度低，这些化合物可以很容易地通过小肠并到达结肠。未被吸收的化合物就不可避免地与肠道菌群接触，并产生相互作用。
◗ 肠道菌群和中草药之间的相互作用是如何发生的？
首先，肠道微生物群与中草药之间的直接相互作用是双向的：
除了直接相互作用之外，中药与肠道菌群之间还会发生间接相互作用。在这类反应中，宿主的免疫和代谢系统起到了连接两端的桥梁作用。
免疫系统可以合成和释放一系列物质，如免疫球蛋白 A 和其他抗菌肽，可以调节肠道菌群组成。吸收的中草药可以调节胃肠道的免疫系统，最终导致肠道菌群发生变化。
比如说，一种中药化合物杜鹃花醇，可以改变牛乳腺上皮细胞中抗菌肽的表达，从而增强对金黄色葡萄球菌感染的防御能力。
◗ 在草药口服生物利用度低的问题中，肠道菌群能发挥作用吗？
出于患者方便和治疗依从性考虑，大多数药物是口服给药的。优化新药开发的主要特性之一是口服吸收度高。
糖苷，如三萜苷和黄酮苷，是许多草药含量中最常见的代表之一。由于氢键增加、糖部分的分子柔性和极性表面积，它们的肠道吸收有限。肠道微生物群可以将这些分子修饰成更亲脂性和极性更小的分子。
◗ 肠道菌群可以根据化合物的结构性质催化一系列代谢反应
草药中的糖苷首先在肠道中通过逐步水解（去糖基化和酯化）代谢。该过程产生的次生糖苷和/或苷元通常具有更好的肠道吸收和更好的生物利用度。它们通过骨架保留修饰（例如三萜苷）、骨架分裂（例如类黄酮苷）或骨架重排（例如环烯醚萜苷）进一步转化。
许多细菌门，其中拟杆菌门和厚壁菌门占优势，编码有丰富的糖苷水解酶基因，因此，它们用来进行糖苷水解。
◗ 不同肠道细菌可以合作处理单个化合物的代谢，单个细菌菌株也能够转化不同的化合物
梭杆菌K-60能使人肠道菌群中的槲皮苷去糖基化，而四种细菌菌株（Pedicoccus Q-5、链球菌S-3、拟杆菌JY-6、双歧杆菌B-9）参与了苷元（槲皮素）的进一步代谢。
丁酸梭菌通过各种反应机制，如脱糖基化、脱水、缩合、分子内环化和/或脱氢，能够转化属于不同结构类型的几种化合物，即紫草素、乌头碱和栀子苷。
然而说到中草药颇有争议，并不是所有人都认可，所谓“是药三分毒”，有人认为它会带来药物性肝损伤，这是一种常见的药物不良反应，可导致肝功能衰竭等问题。
近年来研究表明，中草药可以与肠道菌群相互作用，这种相互作用可以极大地影响其毒性和疗效。
doi.org/10.1016/j.biopha.2020.111047
肠道菌群可以合成和释放一系列具有代谢异源物能力的酶，这些酶可以转化中药化合物，从而直接改变中药的毒性，这种改变包括增加毒性、减少毒性、解毒、激活毒性。
注：这些酶例如，β-葡萄糖醛酸酶、 β-葡萄糖苷酶、 β-半乳糖苷酶、α-鼠李糖苷酶等。
接下来从这四方面展开了解，肠道菌群对中药毒性的直接影响。
► 增加毒性
苦杏仁苷是一种在杏仁中发现的化合物，杏仁是一种用于治疗呼吸系统疾病如支气管炎、肺气肿的中药，但也可能有毒性，表现为恶心、呕吐、胸闷、头晕。
而肠道菌群可以水解苦杏仁苷的糖苷键，从而释放扁桃腈，扁桃腈是一种可以自发分解产生苯甲醛和有毒氢氰酸的化合物。因此，肠道菌群对苦杏仁苷毒性的修饰具有重要作用。
除了苦杏仁苷外，肠道菌群也可以代谢熊果苷、葛根素【与消化链球菌属 (Y-10)有关】、大豆苷【与双歧杆菌属 (K-111)有关】等其他中药成分，产生毒性更强的代谢物。
► 降低毒性
乌头(附子)的侧根是临床广泛用于治疗心力衰竭的中药，但常对神经和心血管系统产生毒性作用。
乌头生物碱是影响附子药理活性和毒性的主要化合物。在临床上有个办法来降低毒性，附子通常经过数小时的煮沸处理，然后再给患者开处方。
在胃肠道中，肠道菌群可以通过脱酰、酯化和去除甲基羟基以类似的方式转化乌头生物碱，参与的菌群与脆弱拟杆菌、肺炎克雷伯菌、丁酸梭菌有关。因此，肠道菌群降低了其毒性。注意肠道的这种减少的程度是有限的，口服大剂量依然会导致急性毒性。
除了乌头生物碱之外，肠道菌群还会对黄芩苷、对羟基苯甲酸丁酯转化为毒性较小的化合物。
► 解毒
这里的排毒，和前面章节的药物代谢机制类似，将活性中药化合物转化为非活性产物。
草酸盐是一种草药化合物，存在于许多中药中，能够诱发高草酸尿症、肾结石和心脏传导障碍。肠道菌群可以在甲酰辅酶 A转移酶和草酰辅酶 A脱羧酶的帮助下，解毒草酸盐。
► 激活毒性
这与前面解毒相反，激活是指肠道菌群将无毒化合物转化为有毒化合物。
苏铁甙是苏铁科植物中的一种偶氮糖苷，具有肝毒性和致癌能力。肠道菌群可以将苏铁甙转化为其苷元（甲氧基甲醇），苷元可以进一步转化为重氮甲烷，一种具有肝毒性和致癌作用的有毒化合物。
中药与肠道菌群的直接相互作用，不仅会导致中药化合物的转化，还会导致肠道菌群的组成和代谢发生变化，从而进一步影响中药的毒性。
以上我们可以看到，肠道菌群对毒性的影响并不是固定的，可能是增加毒性或者减小毒性。那么当发现某些肠道菌群可能会增加中草药毒性时，我们能做些什么尽可能阻止毒性增加呢？
由于肠道微生物群在调节中药毒性方面的重要作用，靶向肠道微生物群已成为控制中药毒性的新前沿。这里总结了靶向肠道菌群降低中药毒性的可能方法。
1、炮制减毒
许多中药在用于临床或制造中药之前要经过煮沸、漂、蒸等特殊处理，也就是“炮制”。
炮制的增效和降毒作用机制是中药现代化的重要问题。研究表明，煮沸等炮制可以将有毒化合物转化为无毒或毒性较小的化合物，从而改变中药的毒性，如前面说的乌头根。
近年来，研究人员证明炮制可以影响肠道微生物群，从而影响中药的药理作用。
甘遂是一种有毒的中药，用于治疗水肿、腹水和哮喘。由于其强烈的毒性，如肝脏和胃肠道毒性，通常用醋煎烤以降低毒性。最近的一项研究表明，醋制甘遂显著减少了甘遂中的10种有毒化合物，如甘遂素B、甘遂素C和甘遂素E。同时，醋制甘遂可以显著改变肠道微生物群的组成，显著提高了短链脂肪酸水平。
注：醋制是是中药炮制中重要的炮制方法。
考虑到肠道微生物群产生的短链脂肪酸具有抗炎和肠粘膜保护作用，可以推断醋制可以调节肠道微生物群的组成和代谢，从而降低甘遂的毒性。
2、中药组合
肠道微生物群释放的β-葡萄糖醛酸酶是一种重要的酶，可以将草药中的糖苷水解为苷元，这一过程可以增加草药化合物和药物的毒性。
非甾体抗炎药和β-葡萄糖醛酸酶抑制剂等化学药物的组合可以降低化学药物的毒性。
一些中药化合物（如黄芩苷）可以抑制细菌β-葡萄糖醛酸酶的活性，其与化学药物（如CPT-11）的组合可以降低CPT-11的毒性。
槲皮素的细菌代谢产物3,4-二羟基苯乙酸可以减少对乙酰氨基酚引起的肝损伤。因此，可以推断，具有抑制细菌酶的能力的中药可以与其他有毒中药或化学药物结合，以降低其毒性。
3、饮食
我们已经知道，饮食在调节肠道微生物群组成和功能中具有重要作用。同样，研究人员也想办法寻找饮食和药物之间的关联。上一章节我们已经了解到，高蛋白饮食可以抑制地高辛失活，并可用于降低某些患者（原本要更高剂量的患者）的地高辛毒性风险。
4、其他（FMT）
其他方法包括粪便微生物群移植（FMT）、益生元和益生菌的补充以及肠道微生物群的工程都有可能降低药物的毒性。
粪菌移植可以显著改善难治性免疫检查点抑制剂诱导的结肠炎，还可以显著改善FOLFOX（一种含有5-氟尿嘧啶、亚叶酸和草酸铂的方案）诱导的大肠癌癌症动物模型中的肠粘膜炎和腹泻。
预防性服用一种益生菌菌株干酪乳杆菌鼠李糖亚种，可显著降低FOLFOX诱导的结肠癌症动物模型中的肠道粘膜炎和腹泻，但不会改变FOLFOX的抗肿瘤作用。
TGF-β阻断剂和大肠杆菌Nisle 1917的组合增强了Galunisertib的肿瘤抑制作用。
肠道微生物群工程是直接治疗疾病和改善药物疗效的新兴前沿，如苯丙酮尿症和左旋多巴。尽管这些方法尚未用于控制中草药的毒性，但可以预见，这些方法将在不久的将来会引入，从而改善中草药毒性。
➭ 肠道微生物组、宿主因素和异源代谢的多方面相互作用是复杂的。微生物异源代谢可导致生物活化、解毒，通过加强肠粘膜屏障来防止吸收。肠道微生物的各种酶反应拓宽了我们对外来生物如何代谢的看法，代谢产物可以发挥新的活性。
➭ 破译异源物的肠道微生物转化，特别重要的是从患者处获取关于饮食或外源性暴露的广泛信息，有助于其与特定健康结果联系起来。
准确评估异源物质引起的肠道微生物群扰动，是将肠道微生物群失调与宿主健康状况联系起来和开发微生物群导向疗法的前提和基础。
➭ 重金属等环境污染物的暴露对肠道微生物群的扰动，会影响代谢和生理功能，部分导致代谢疾病的病因或进展。当然还需要更多深入、系统的研究，来确定重金属等污染物暴露对肠道微生物群的和时间效应。
➭ 了解肠道菌群对药物毒性和疗效的调节作用背后的分子机制，有助于改进药物开发和精准医学，更有效地评估风险，并开发个性化营养。
在不同的临床环境中为个体指导个性化营养膳食及肠道干预，或者制定相应益生菌补充方案，是提高中草药价值的重要研究方向。
将肠道微生物如何转化药物的知识整合到药物开发和实施的所有阶段，将有助于设计合适的治疗方案并改善患者对药物的临床反应。
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谷禾健康
在20世纪初，Elie Metchnikoff（著名生物学家，酸奶之父）发现了有益的肠道微生物，该微生物可使肠道健康正常化并延长寿命，后来被称为“益生菌”。益生菌是指“以适当的剂量给予宿主健康有益的活生物体” 。
益生菌如今越来越受欢迎，主要是因为它们对我们整体健康的重要性。益生菌主要存在于人体肠道内，通过维持肠道微生物平衡，在宿主体内发挥有益作用。
不久前发表于《自然•化学》的一项最新研究成果表明，“吃土”也能调节肠道微生物组和治疗肠炎。
究其原因是许多益生菌来源于土壤微生物 (SBO)。细菌在土壤中有着惊人的多样性和丰富性，它们在土壤生态系统中的作用方式与它们在肠道生态系统中的作用相似。
注：该研究中的“吃土”并不是直接食用土壤，而是“人造土”，通过人工合成的方法构建的土壤仿生材料。事实上，自然界土壤中的微生物与肠道菌群中的微生物并不完全相同，且土壤中可能存在有害物质，如重金属、农药等，因此，直接食用土壤可能会引起不必要的健康问题。
考虑土壤微生物的多样性和复杂性，为了让大家更好地了解来源于土壤微生物的益生菌，本文将介绍其中最常见的土壤益生菌及其作用。希望对未来益生菌的选择和恢复肠道微生态提供一定价值。
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土壤微生物一词涵盖了土壤中高度多样化的细菌（和其他生命形式），这些细菌在土壤中自然存在。在引入工业化和现代农业之前，我们每天都会定期接触这些细菌。近年来，一些土壤微生物已被分离并用作益生菌。
许多土壤微生物的一个关键特征是它们可以形成孢子。当条件不太有利时，土壤微生物会形成小孢子，这是细菌的一种休眠形式，具有坚硬的保护性外涂层。在这种形式下，细菌对热、酸和大多数抗生素具有高度抵抗力。
土壤微生物和肠道微生物组息息相关
doi: 10.3390/microorganisms7090287
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• 通过触发抗体来帮助调节免疫系统；
• 对抗肠易激综合征，调节肠道功能；
• 减轻炎症；
• 治疗腹泻、腹痛和腹胀；
• 帮助消化和营养吸收；
• 防止感染；
• 支持情绪和心理健康；
• 支持平衡肠道微生物群；
• 促进新陈代谢，加速脂肪流失；
• 缓解过敏症状
▼
以下是益生菌中最常用的八种土壤微生物:
Bacillus coagulans(凝结芽孢杆菌)
Bacillus subtilis (枯草芽孢杆菌)
Bacillus clausii(克劳氏芽孢杆菌)
Bacillus indicus (印度芽孢杆菌)
Bacillus licheniformis（地衣芽孢杆菌）
Enterococcus faecium (屎肠球菌)
Enterococcus faecalis（粪肠球菌）
Clostridium butyricum（丁酸梭菌）
注：印度芽孢杆菌是Bacillus属的微生物，原产地为中国。
在下文中介绍了八种来源于土壤微生物的益生菌在人类临床试验中的作用，以确定哪些菌株有较好的治疗前景。
01
凝结芽孢杆菌 (Bacillus coagulans)
凝结芽孢杆菌（Bacillus coagulans）是一种产生L-乳酸的革兰氏阳性细菌。最适生长温度为45-50℃，最适pH为6.6-7.0。它表现出乳酸杆菌科的许多典型特征，但与大多数乳酸菌不同，凝固芽孢杆菌可以形成孢子。
图源：JBMbio
六种凝结芽孢杆菌菌株在人体临床试验中得到充分研究：
✦六种不同菌株显示能够调节肠道微生物群、改善肠易激综合征
GBI-30, 6086
Bacillus coagulans GBI-30, 6086 (“Ganeden BC30”)：通过至少10项人类随机对照试验，这是研究最深入的土壤菌株之一。GBI-30、6086已被证明可以改善肠易激综合征 、免疫功能并且可能有益地调节肠道微生物群。
体外研究还表明，它可能有助于果糖和乳糖的消化。
LBSC (DSM 17654)
Bacillus coagulans LBSC (DSM 17654)：两项随机对照试验表明该菌株对肠易激综合征患者和急性腹泻或腹部不适患者有益。
MTCC 5856
MTCC 5856（“LactoSpore”）：两项随机对照试验表明，该菌株可显著减轻肠易激综合征患者的腹胀、腹痛和抑郁症状。
SANK 70258
Bacillus coagulans SANK 70258 (“Lacris-S”):
一项随机对照试验和一项开放研究发现，该菌株可改善健康成人的大便频率，减少大便次数，且无不良影响。
最近一项使用人体肠道模型系统的研究发现，该菌株抑制了肠杆菌科中的促炎细菌，并增加了健康个体中产丁酸盐的毛螺菌科的丰度。
注：自1966年以来，该菌株已在日本用作食品成分。
SNZ 1969
Bacillus coagulans SNZ 1969：一项安慰剂随机对照试验发现，这种菌株显著改善了结肠转运时间并减少了轻度间歇性便秘人群的肠道不适。它也被证明对细菌性阴道病有效。
另一项使用SNZ 1969以及克劳氏芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌的随机对照试验发现，胃肠道不适的成年人的嗳气、腹胀、疼痛和总体症状有所减轻。
Unique IS-2
Unique IS-2（“ProDURA”）：四项人类随机对照试验发现该菌株对儿童和成人的细菌性阴道病和肠易激综合征均有效。该菌株还被证明可以在体外代谢果糖。
所有这六种菌株都作为食品成分进行了安全评估，并获得了食品药品监督管理局的“公认安全”(GRAS) 状态。
▸ 小结
这些凝结芽孢杆菌菌株似乎是安全的、耐受性良好的，并且可能对患有细菌性阴道病或肠易激综合征的患者特别有益。
枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）是一种形成孢子的革兰氏阳性细菌，被认为是人类肠道的正常居民。
枯草芽孢杆菌天然存在于纳豆中，纳豆是一种由发酵大豆制成的日本传统食品。
在引入抗生素之前，枯草芽孢杆菌培养物就已在世界范围内广泛用作免疫刺激剂，以帮助治疗泌尿道和胃肠道疾病。
B.subtilis可以产生一种降解草酸盐的酶，也可能产生少量维生素K2。
图源：eol.org
三种枯草芽孢杆菌菌株已证明对人类有治疗作用，并已通过作为食品成分的安全性测试：
✦三种不同菌株显示能够改善人体健康状况
DE111
Bacillus subtilis DE111：在训练期间对运动员进行的两项随机对照试验发现枯草芽孢杆菌DE111具有良好的耐受性。女运动员的体脂率下降幅度更大；男性运动员发现血液中的炎症标志物减少，对身体机能没有影响。
其他安慰剂随机对照试验发现枯草芽孢杆菌DE111改善了肠道不规律，增加了抗炎免疫细胞群的活性，降低了空腹血糖并降低了健康成人的总胆固醇。
该菌株被食品药品监督管理局公认为安全。
CU1
Bacillus subtilis CU1（“LifeinU”）：一项随机对照试验发现，为期10天的B. subtilis CU1补充剂耐受性良好，并改善了老年人的免疫功能（粪便和唾液 中的免疫球蛋白）。
它没有表现出任何抗生素耐药性，并被证明在体外不存在产毒活性。
MB40
Bacillus subtilis MB40 (“OPTI-BIOME”) :
一项随机对照试验发现，该菌株在健康成人中具有良好的耐受性，可降低男性受试者的腹胀强度和胃肠道症状，并适度改善总体健康状况。
该菌株被食品药品监督管理局公认为安全 。
在亚洲对另外两种菌株进行了深入研究：
R0179
Bacillus subtilis R0179（“Medilac-S”）：
该菌株存在于亚洲益生菌制剂Medilac-S中，该制剂还含有Enterococcus faecium R0026。几项安慰剂随机对照试验发现，两种菌株的制剂减少了肠易激综合征相关的腹痛，并改善了结肠镜检查的肠道。
最近一项针对临床试验的荟萃分析得出结论，Medilac-S也可有效诱导溃疡性结肠炎的缓解。
两项随机对照试验还发现，分离的枯草芽孢杆菌R0179具有良好的耐受性，并在通过人体胃肠道后存活下来。
TO-A
Bacillus subtilis TO-A (“BIO-THREE”) :
这种枯草芽孢杆菌菌株与E. faecalis T-110和C. butyricum TO-A相结合，作为益生菌在亚洲得到了相当深入的研究。在随机对照试验中，这三种菌株已被证明可以减少手术患者的术后感染并缩短急性腹泻患儿的住院时间。
▸ 小结
通常研究的枯草芽孢杆菌菌株似乎是安全的、耐受性良好的，并且没有不良反应的报道。一些菌株似乎对改善免疫功能和肠道规律性特别有益。
克劳氏芽孢杆菌（Bacillus clausii）是一种形成孢子的革兰氏阳性细菌，以其对金黄色葡萄球菌和艰难梭菌的抗菌活性而闻名。它被认为是一种共生微生物，已从健康个体的小肠和粪便中回收。
只有两种菌株组合已在人类身上进行过研究：
✦两种不同菌株组合显示对过敏、肠易激综合征有益
Bacillus clausii OC、NR、SIN和T
自1958年以来，这四种菌株已被广泛研究并用作药物制剂Enterogermina（美菌纳）。这些菌株已被证明具有酸和胆汁抗性，并且在人类单次口服给药后可在粪便中恢复4-12天。
这些菌株可能对那些有过敏症、减少鼻塞和抗组胺药需求的人特别有益。
它也被证明可以减少幽门螺杆菌抗生素治疗期间的副作用。
一项针对40名诊断为“小肠细菌过度生长”患者的研究发现，服用美菌纳一个月可使 47%的患者的葡萄糖呼气试验结果恢复正常。
值得注意的是，这个比率与许多用于小肠细菌过度生长治疗的抗生素所见的正常化率相当。只有一名患者报告了便秘的副作用。
尽管美菌纳有许多记录在案的益处和总体安全性，但仍有零星的克劳氏芽孢杆菌败血症病例报告。大多数报告都是在老年人、重病患者或免疫功能低下的个体中使用益生菌。
Bacillus clausii UBBC-07
在一项针对印度急性腹泻儿童的安慰剂对照随机试验中，该菌株被证明可以改善粪便稠度并缩短腹泻持续时间。该菌株经过了毒理学研究，被确定可供人类安全食用。
▸ 小结
克劳氏芽孢杆菌已在许多随机、安慰剂对照试验中证明了疗效，并且可能对过敏或肠易激综合症患者特别有益。
脓毒症的个别病例报告表明，老年人、重病或免疫功能低下的人以及最近服用广谱抗生素的人可能禁忌使用它。
印度芽孢杆菌（Bacillus indicus）是一种形成孢子的细菌，因其能够有效刺激免疫系统并产生高水平的类胡萝卜素、维生素和喹啉而受到吹捧。
✦暂未有毒性或致病性的发现
体外和动物研究未能发现B.indicus HU36的任何潜在毒性或致病性，该菌株是益生菌中最常用的菌株，并且没有关于人类感染的报道。
▸ 小结
关于人类印度芽孢杆菌的科学研究，目前还缺乏人类证据。
地衣芽孢杆菌（Bacillus licheniformis）是一种革兰氏阳性、产芽孢的细菌，通常用于工业酶生产。
在所有基于土壤使用的益生菌中，地衣芽孢杆菌可能是最具争议的。
✦可能具有一定毒性
根据一些报道，地衣芽孢杆菌可能是一种机会性病原体，可导致免疫功能低下的宿主感染。
然而，其他报告得出的结论是，地衣芽孢杆菌的毒力非常低。地衣芽孢杆菌存在于韩国传统消费的许多发酵食品中，并且已从健康人类志愿者的胃肠道中分离出来，因此至少某些菌株似乎是共生的。
虽然已经出现了与大量该物种的分离相关的急性自限性胃肠炎病例, 对肠上皮细胞的毒性或直接影响尚未得到证实。很难确定这些报告病例中的物种（数量相当有限）是否积极参与了感染，或与一种不明病原体一起分离。
只有四项关于分离的地衣芽孢杆菌的人体研究，没有一项提供菌株信息，并且只有一项是随机和安慰剂对照的。
▸ 小结
虽然含有地衣芽孢杆菌的传统发酵食品几乎是安全的，但目前没有足够的证据支持大剂量补充地衣芽孢杆菌。最好谨慎行事，避免使用含有该物种的益生菌。
✦发酵碳水化合物
Enterococcus faecium是革兰氏阳性菌。虽然它不形成孢子，但它可以耐受多种环境条件。E. faecium是人类肠道的正常居民，发酵碳水化合物并产生乳酸作为副产品。
粪肠球菌的一些菌株可以在传统发酵食品中找到。
by Dennis Kunkel Microscopy
✦可能致病
然而，粪肠球菌也可能致病，引起新生儿脑膜炎和心内膜炎等疾病。这种细菌的许多菌株已经产生了抗生素抗性和毒力因子，使其能够聚集并形成生物膜。
在美国，80-90%的医疗器械相关感染可归因于耐抗生素粪肠球菌。因此，人们担心将其用作益生菌。
已经研究了许多不同的菌株，但只有两种菌株值得强调，它们已经在多项人体试验中进行了研究：
M-74
Enterococcus faecium M-74：该菌株有许多与之相关的“随机”临床试验，但每一个菌株都服用益生菌和50微克硒。
许多益生菌指出这些研究表明粪肠球菌可以降低胆固醇，但缺乏硒对照组意味着硒单独提供治疗效果是完全合理的。
R0026
Enterococcus faecium R0026 (“Medilac-S”)：
该菌株存在于亚洲益生菌制剂Medilac-S中，该制剂还含有枯草芽孢杆菌R0179，并在国内得到了很好的研究。
如前面所述，多项随机对照试验发现，双菌株制剂可减少肠易激综合征相关的腹痛，并改善结肠镜检查的肠道准备，还可以有效诱导溃疡性结肠炎的缓解。
▸ 小结
除了Medilac-S中的菌株外，很少有精心设计的随机对照试验证明了粪肠球菌的功效。
鉴于其可能获得多重抗生素耐药性并引起感染。谨慎使用高剂量的分离粪肠球菌。
Enterococcus faecalis是一种革兰氏阳性菌。与Enterococcus faecium类似，它不能形成孢子，但对恶劣的环境条件相当耐受。
✦在肠道免疫中起重要作用
粪肠球菌是人类肠道的正常居民，存在于大约90-95%的人中。这种细菌通常是生命早期定植于人类胃肠道的首批微生物之一，在肠道免疫系统的发育中发挥着重要作用。
T-110
Enterococcus faecalis T-110：这种粪肠球菌菌株与枯草芽孢杆菌TO-A和丁酸梭菌TO-A结合使用作为益生菌（BIO-THREE）。这三种菌株一起可以减少手术患者的术后感染并缩短急性腹泻患儿的住院时间。
YM0831
Enterococcus faecalis YM0831：一项交叉研究发现，对健康人类受试者单次施用该菌株可显着改善血糖对蔗糖耐量试验的反应。
▸ 小结
除了BIO-THREE中的菌株外，很少有精心设计的随机对照试验证明了Enterococcus faecalis作为益生菌的功效，还需要更多的研究。
✦丁酸梭菌是肠道重要的菌属
丁酸梭菌（Clostridium butyricum）是人类胃肠道的天然居民。它是肠道中发酵膳食纤维并产生有益的短链脂肪酸丁酸盐的众多细菌之一。丁酸盐作为结肠上皮细胞的能量来源，有助于维持肠道屏障，具有抗炎作用，并可预防结肠癌。
doi.org/10.1007/s00535-015-1084-x
三种菌株已在人体中得到充分研究：
✦三种不同菌株显示能够调节肠道稳态、减轻肠炎
CBM 588
Clostridium butyricum CBM 588：这种丁酸梭菌菌株早在1963年就用作益生菌，用于一种名为Miyairisan的药物制剂中。它已经过安全性评估，不携带任何编码任何已知毒素或毒力因子的基因。
两项随机对照试验发现，该菌株可减少接受幽门螺杆菌根除治疗的患者的腹部症状和腹泻发生率的副作用。
另一项针对溃疡性结肠炎患者的安慰剂对照随机对照试验发现，接受MIYAIRI 588治疗的受试者中，患上肠结肠炎的人数较少。
尽管其影响在统计学上并不显著，而安慰剂组则服用乳糖，这会加重许多人的结肠炎。
TO-A
Clostridium butyricum TO-A：这种丁酸梭菌菌株与粪肠球菌T-110和枯草芽孢杆菌TO-A结合使用，作为益生菌在亚洲得到了广泛使用和深入研究。
A Tai Ning
该菌株包含在一种名为阿泰宁的产品中，最近在一项大规模、多中心、的随机对照试验中显示，该菌株对以腹泻为主的肠易激综合征具有显著益处。
该研究包括200名患者。4周后，与安慰剂组相比，益生菌组在整体肠易激综合征症状、大便频率和生活质量方面有显著改善。
几项研究发现丁酸梭菌降低了早产儿败血症和腹泻的发生率，并改善了抗原特异性免疫治疗。在动物研究中，丁酸梭菌已被证明可以改善肠道稳态并减轻结肠炎。
▸ 小结
丁酸梭菌是肠道重要的菌属，在随机试验中似乎是安全且耐受性良好的，并且帮助增加丁酸盐水平的同时，极少引起毒性。
➣土壤基益生菌的安全性仍存在争议，值得进一步关注
支持者声称它们是益生菌，可以使肠道功能正常化、帮助消化、有益地刺激免疫系统并帮助重新播种肠道微生物群。他们还称赞土壤微生物具有抵抗胃酸的能力并且不需要冷藏。
反对者认为，由于它们形成孢子的性质，它们会迅速增殖，与我们常驻的肠道微生物竞争，在某些情况下，它们甚至可能致病。由于它们的孢子形成能力和对大多数抗生素的天然抗性，意外的过度生长将很难治疗。
在随机、安慰剂对照的人体临床试验中，许多单独的土壤微生物菌株已被证明是有益的，几乎没有报告不良反应。
然而，其他菌株的临床证据有限或没有临床证据，可能会导致免疫系统受损的人感染。我们需要进行更细致的讨论——考虑每个特定物种、菌株和配方，而不是广泛地给土壤微生物贴上好或坏的标签。
基于土壤的微生物得到了很好的研究，并且已经在随机临床试验中显示出对一些症状有效，但仍需更多研究来确定其安全性和有效性。建议选择使用高质量和经过临床测试的菌株，在服用益生菌制剂前最好咨询医生的建议。
每个人对益生菌的反应都不同。反应将取决于服用的益生菌、剂量、肠道中已有的微生物以及肠道和免疫系统的健康状况。
可以通过微生物测序技术来检测使用益生菌前后的肠道菌群组成及相关健康状况。再选择针对自身特定健康状况的益生菌菌株。
同时也期待更多关于土壤微生物的单个菌株和配方在不同情况下影响肠道微生物群和肠道环境的研究。
注：本账号内容仅作交流参考，不作为诊断及医疗依据。
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谷禾健康
肠道微生物组与脂质代谢：超越关联
脂质在细胞信号转导中起着至关重要的作用，有助于细胞膜的结构完整性，并调节能量代谢。
肠道微生物组通过从头生物合成和对宿主和膳食底物的修饰产生了大量的小分子。
最近的研究表明，由肠道微生物组从头生物转化和生物合成的脂质具有重要的结构和信号功能，可通过代谢和免疫途径影响宿主细胞。肠道微生物群既可以转化和合成脂质，也可以分解膳食脂质，生成具有宿主调节特性的次级代谢产物。
微生物来源的脂质可以被宿主直接感知，从而调节先天性和适应性免疫途径，并调节代谢途径，所有这些都可以影响慢性炎症、自身免疫性疾病、心血管疾病和代谢综合征的进展。
本文基于对宿主和微生物组如何作为一个完整社区相互作用的思考，从更精细的层面介绍了肠道细菌衍生的脂质在生理学中的功能，特别强调免疫和新陈代谢。
▼ 脂质调节生物学功能
脂质是细胞膜的主要结构成分。作为能量储存分子，它们储存的能量几乎是从蛋白质或碳水化合物分解代谢中释放的能量的两倍。
脂质调节许多基本的生物学功能，包括细胞内信号传导过程。
例如，鞘脂 (SP)，尤其是神经酰胺，在调节细胞信号和细胞凋亡中发挥作用。
其他脂质，例如甘油二酯 (DG)，充当能量代谢的中间体和信号分子。
总的来说，脂质代谢在多个层面表现出空间和动态的复杂性。因此，脂质紊乱具有影响人类健康的重要生理后果也就不足为奇了 。
人体肠道中存在代谢活跃的微生物群，它们对脂质的吸收、消化、代谢和排泄具有深远影响，甚至会改变宿主的代谢状态。
▼ 肠道菌群和循环脂质密切相关
在人类中，肠道微生物组的多样性与 BMI 和血清甘油三酯 (TG) 呈负相关。妊娠期糖尿病合并症与特定的肠道微生物群组成和循环脂质组密切相关。其中Faecalibacterium和Prevotella的相对丰度显示与循环脂质有关，特别是与溶血磷脂酰乙醇胺和磷脂酰甘油有关。
膳食脂质和肠道菌群之间的相互作用会影响宿主生理
doi: 10.1007/s11154-019-09512-0.
▼ 饮食改变代谢状态，改变菌群
富含阿拉伯木聚糖的饮食改变了宿主的代谢状态，包括神经酰胺和胆碱水平，这随后影响了肠道中的普氏菌属和梭菌属。
▼ 肠道菌群可以调节宿主的脂质组
接受老年小鼠粪便细菌的小鼠表现出总单不饱和脂肪酸增加，以及大脑皮层中胆固醇和总多不饱和脂肪酸的相对量减少。
将微生物群从老年小鼠转移到年轻小鼠，会改变不同脂质类别的相对丰度和肝脏的脂肪酸含量。
在添加或不添加猪油或棕榈油的情况下，与棕榈油相比，猪油 + 富含含初级胆汁酸的饮食增加了定殖小鼠的脂肪量，但无菌小鼠的脂肪量没有增加。随后，这些影响与葡萄糖耐量受损和移居小鼠肝脏中甘油三酯、胆固醇酯和单不饱和脂肪酸升高有关。
长期以来，人们一直在研究细菌脂质在以下方面产生重要作用：
每种细菌的脂质特征都是独一无二的，反映了基因编码的生物合成机制和细菌的生活方式；然而，关于肠道细菌脂质生物合成的大部分知识都来自对大肠杆菌（Escherichia coli）的研究。
迄今为止，我们对细菌膜中发现的主要脂质类别的理解依赖于对少量模型细菌生物体的研究。
这些主要类别包括磷脂，例如：磷酸乙醇胺 (PE)、磷酸丝氨酸 (PS)、磷酸胆碱 (PC)、磷酸肌醇 (PI) 和磷酸甘油 (PG)；甘油脂，例如甘油二酯(DAG)和甘油三酯(TAG)；和心磷脂 (CL)。
还有糖脂，例如：脂多糖 (LPS)，它们是连接有多种头基（例如糖）的大酰化脂质部分（例如脂质 A）。
其他脂质类别是特定细菌门或类群的特征。这些包括鞘脂，主要由共生拟杆菌菌株合成，如鞘氨醇、二氢神经酰胺 (DHCer)、神经酰胺磷酸乙醇胺 (CerPE)。
厌氧肠道微生物组的一个子集合成缩醛磷脂；然而，这些并不局限于特定的分类群，而是由拟杆菌门和厚壁菌门的不同成员产生的。
在一些肠道细菌中也发现了磺酸脂，包括拟杆菌属（Bacteroides）、Flavobacterium strains、Alistipes。每种脂质类别都有独特的结构，因此赋予细菌膜不同的结构特征和功能。
许多也是可以被宿主模式识别受体感知的信号分子，例如 Toll 样受体 (TLR)、NOD 样受体 (NLR)、C 型凝集素受体 (CLR) 和 G 蛋白偶联受体 (GPCR）。
细菌能够合成的脂质种类繁多。
最近人们才才刚刚开始意识到肠道微生物组的这种多样性，因为通过代谢组学技术在粪便中检测到的大部分脂质仍未注释且功能未知。
正在进行大量工作以生成培养的微生物组菌株的脂质组学概况，并将以前的结构数据与质谱相结合的脂质类别拼凑在一起。许多这些努力都围绕着宿主脂质注释，但最近已经开始解决细菌群落脂质组中的未知数。
在接下来的部分中，我们将讨论肠道微生物组中发现的主要脂质类别，并举例说明它们在宿主信号传导中的作用。
肠道微生物群生物合成的膜脂及其已知的宿主信号传导功能
Brown et al.Cell Host Microbe, 2023.
细菌磷脂具有高度多样性，是从经过充分研究的细菌的细胞膜中回收的最丰富的脂质。它们的生物合成途径在模式生物大肠杆菌中已基本得到解决。
PE(磷酸乙醇胺) 是已知由肠道细菌广泛合成的主要膜磷脂。对宿主细胞微生物组代谢物的筛选尚未发现能够刺激细胞反应的多种磷脂。例如，大型 GPCR 筛选未能将微生物组磷脂识别为孤儿或已知受体的激动剂。
然而，最近的一项研究利用生物活性引导的分馏方法来筛选由常见肠道细菌Akkermansia muciniphila 产生的免疫调节分子，并鉴定出一种具有两条支链 (a15:0-i15:0 PE) 的二酰基磷脂酰乙醇胺，可激活模式识别由 TLR2-TLR1 组成受体 (PRR) 异二聚体。
与常见的 TLR2 激动剂相比，这种相互作用具有独特的信号特性，包括抑制人单核细胞中的促炎性 IL-12/IL-23 反应，这暗示了 Akkermansia 对人体生理学已知影响的分子机制。
▼ 细菌严格控制其膜磷脂的特性，使其广泛生长
细菌可以严格控制其膜磷脂的生化和生物物理特性，使它们能够在广泛的环境中茁壮成长。这包括改变酰基链长度和异构支化的能力，以及改变不饱和度和多样化头部基团的能力。这种响应肠道环境压力的修饰如何影响宿主免疫系统的信号传递能力尚不清楚。收集到的关于真核脂质的数据表明，异分支可以决定与蛋白质受体的结合强度。
对病原体的研究表明，微生物脂质的氧化、异构分支和饱和会影响宿主受体的识别。
▼ 肠道菌群影响细胞膜特性，膜磷脂变化导致肠道通透性增加
无菌小鼠宿主细胞中的磷脂水平与常规小鼠宿主细胞中的磷脂水平不同，这表明肠道微生物组也会影响哺乳动物细胞膜的特性。
膜磷脂化学的变化会导致肠道通透性增加，从而使细菌在宿主体内传播，从而产生许多病理后果。未来的研究需要解决微生物组合成的磷脂在肠道屏障功能中的潜在作用。
▼ 细菌磷脂可以调节免疫力，被自然杀伤 T 细胞识别
通过对病原体的研究中得出一些结论，即细菌磷脂会调节免疫力。结核分枝杆菌和李斯特菌磷脂，通常是 PG，被自然杀伤 T 细胞（NKT 细胞）识别，通过与呈递脂质抗原的非经典 MHC 分子 CD1d 结合。
共生磷脂是否在 CD1 信号转导或呈递给 T 细胞中具有相似的作用尚不清楚，微生物与宿主磷脂的 CD1 加载的生化决定因素也是如此。
▼ 肠道菌群可以合成磷酸肌醇
最近的研究已经确定肠道细菌可以合成 PI（磷酸肌醇），这是一种以前仅归因于真菌的能力。
鉴于 PI 在细菌和植物先天免疫之间的相互作用以及自噬中的肌醇信号传导中的作用，可以合理地假设这些脂质具有宿主特异性作用。作为真核细胞膜的一个小组成部分，肌醇信号对许多与细菌传感相关的重要生物信号通路有很大影响，包括 GPCR 信号。
糖脂是一种细菌糖脂，其中脂肪酸与糖骨架共价连接，以几何定义的方式定位酰基链。这些结构可以存在于膜双层中，并且在革兰氏阴性细菌中普遍存在，最典型的是 LPS（脂多糖）。
▼ 合成脂多糖 A 部分的生物合成机制可变
糖脂不是由真核生物产生的，因此被先天免疫系统识别为 MAMP（微生物相关分子模式）。在经典观点中，细菌 LPS 激活宿主细胞上的 PRR TLR4 以启动促炎反应。然而，激活取决于脂质 A 组分的酰基链结构，最近的研究表明，与深入研究的大肠杆菌LPS 相比，不同细菌的脂质 A 结构发生了变化。这种多样性源于用于合成脂多糖 A 部分的可变生物合成机制，并影响宿主感知代谢物的方式。
从拟杆菌属的微生物组菌株中分离出的 LPS可以通过 TLR2 和 TLR4 发出信号，并且由于其改变的脂质 A 酰基链而不会刺激有效的炎症反应。
普氏菌属和拟杆菌属 LPS 的免疫抑制也有报道。这些结构差异会影响生命早期的全身免疫启动、免疫发育和训练有素的免疫力。
▼ 糖脂（包括 LPS），通过CLR 发出信号
糖脂，包括 LPS，也可以通过哺乳动物细胞上的 C型凝集素受体发出信号。凝集素受体信号传导在调节肠道屏障功能和启动抗真菌或抗细菌免疫方面具有重要作用。通过许多 CLR 的信号也调节炎性体，介导 IL-1 家族细胞因子和警报素的释放。
注：CLR是免疫系统中重要的信号传导分子。
目前除 LPS 类似物外，没有证据表明微生物组中存在糖脂。有必要对来自微生物组菌株的不同 LPS 进行进一步的结构分析，并详细了解脂质糖对 C 型凝集素的参与。
想象鞘脂是细胞膜的“保护墙”，它可以由原核生物和真核生物从头合成。在真核生物中，膜鞘脂的存在无处不在，而只有少数细菌类群具有制造它们的酶促能力。
▼ 拟杆菌可从头合成鞘脂，缺乏鞘脂可能导致生长缺陷
拟杆菌在用spt酶催化的关键步骤从头合成鞘脂方面具有独特的能力，CerPI 是拟杆菌中最丰富的鞘脂之一，在赋予肠道细菌适应性方面具有重要作用。缺乏鞘脂的拟杆菌属虽然有活力，但表现出生长缺陷、膜结构改变和对氧化应激的易感性增加。
▼ 拟杆菌产生的α-GC，对免疫系统很重要
拟杆菌还能够产生一种类似于来自鞘氨醇单胞菌的 alpha-GC 的脂质，这对宿主的免疫系统可能具有重要作用，抗炎并减少结肠 NKT 细胞的数量。
鉴于 CD1d 限制性脂质特异性免疫细胞在各种炎症性疾病中的重要性，α-GC 是否是唯一能够与 CD1d 受体结合的鞘脂是一个需要解决的关键问题。
▼ 微生物群鞘脂影响宿主炎症和代谢途径
当无菌小鼠被鞘脂缺陷细菌定植时，导致肠道炎症和宿主神经酰胺库发生变化，提供了微生物群鞘脂影响宿主炎症和代谢途径的进一步证据。 拟杆菌外膜中鞘脂的存在有利于耐受性免疫反应。
OMV 中的鞘脂可作为巨噬细胞中 TLR2 信号的激动剂，并且在限制炎症信号方面很重要。
注：OMV 细菌细胞外膜的囊泡
在人类中，来自宿主的粪便鞘脂是炎症性肠病患者中最显着增加的代谢物类别，而微生物组鞘脂则显着减少。
微生物组鞘脂不仅发挥局部作用，而且通过运输到肠外器官和改变宿主鞘脂信号传导而发挥全身作用。
疾病关联、共同进化联系以及宿主和微生物鞘脂之间的直接生化串扰的结合，使其成为未来研究的一个值得探索的领域。
磺酸脂在结构上与磷酸化鞘脂（本质上是磷酸神经酰胺的硫类似物）相关，并且通常在拟杆菌门的成员中发现，例如Alistipes、Odoribacter、Flavobacterium、Chryseobacterium。
▼ 磺基脂类的生物合成
已知磺基脂类以类似于拟杆菌鞘脂类的方式进行生物合成，但最近的一项研究发现了它们合成的第一个酶促步骤：半胱氨酸酰基-酰基载体蛋白转移酶sulA。人们对它们的功能知之甚少。在Flavobacteria物种中，磺酸脂使细菌能够进行滑行运动。
已表征的主要磺脂是磺胺杆菌素，它与宿主唯一已知的相互作用是与 von Willebrand 因子受体结合。
▼ 磺脂对巨噬细胞和树突细胞有促炎作用
还有证据表明磺基杆菌素是一种与 MD-2 结合的 TLR4 激动剂，它与 TLR4 信号传导物理相关并增强 TLR4 信号传导，且来自金黄杆菌的磺脂对小鼠巨噬细胞具有强烈的促炎作用。具有聚糖头基的磺脂在人树突细胞中具有促炎作用。
▼ 产磺脂类的常见菌群——Alistipes
小鼠的膳食摄入对Alistipes的磺基脂类合成有很强的影响，高脂肪饮食喂养的小鼠显示出肠道硫杆菌素的丰度显着增加。
在人类中，Alistipes是已知可产生磺脂的最常见的人类肠道微生物组物种，并且在 IBD 患者的粪便中显着减少。
心磷脂和缩醛磷脂是脂质类别的其他例子，它们可以在相关途径中由原核生物和真核生物从头合成，再次表明趋同进化。
▼ 心磷脂的结构和功能
心磷脂是由甘油桥接的两个磷脂酰基组成的脂质二聚体。宿主心磷脂是仅在线粒体内膜中发现的标志性脂质，从进化的角度来看很有趣，因为它们被假设为细菌和真核生物的内共生融合体。
作为线粒体许多生理作用的关键脂质，例如高能 ATP 产生和线粒体蛋白质功能，心磷脂失调与许多疾病有关，包括衰老、代谢综合征、心力衰竭和癌症。
▼ 心磷脂调节免疫，稳定细胞膜
宿主心磷脂还可以调节免疫和细胞死亡途径，因为暴露于免疫系统会激活 NLRP3 炎性体和半胱天冬酶，并结合 CD1 分子呈递给 NKT 细胞，可能作为一种检测线粒体损伤的方法。
在细菌中，心磷脂似乎在稳定细胞膜方面发挥作用，因为心磷脂合酶的缺乏使细菌更容易受到渗透压的影响，并且它会积聚在细菌膜的两极。
▼ 细菌心磷脂信号
哪些微生物菌株含有心磷脂通常是未知的，有报道称它们在链球菌和大肠杆菌中富集。
人们对宿主免疫中的细菌心磷脂信号知之甚少。一项检查微生物组中 LPS 信号传导拮抗剂的研究发现，心磷脂是能够减少 LPS 与 TLR4 信号通路中 CD14 和 MD-2 结合的主要代谢物。
另一项研究发现了一种来自鲍曼不动杆菌（Acinetobacter baumannii）的脂质分子，该分子被认为是一种心磷脂，可通过 TLR2 介导的途径在哺乳动物细胞中诱导炎症和细胞死亡。
未来研究评估来自微生物组的心磷脂如何调节、改变或模拟宿主心磷脂通路将很重要。
▼ 缩醛磷脂：保护细胞免受氧化应激
缩醛磷脂是含有乙烯基醚键而不是酯键的甘油磷脂。缩醛磷脂具有许多重要功能，包括保护细胞免受氧化应激，并且在神经元和心血管细胞膜中的浓度最高。
▼ 缩醛磷脂：与神经系统疾病和炎症相关
虽然它们在人类中的全部功能尚不清楚，但缩醛磷脂合成和丰度的缺陷是许多神经系统疾病的基础，包括阿尔茨海默氏症。
缩醛磷脂也是活性氧的重要介质，因此被认为在引发或解决慢性炎症中发挥作用。
▼ 梭状芽孢杆菌：缩醛磷脂的生物合成酶
来自肠道微生物组的一部分细菌能够合成缩醛磷脂。最近，在梭状芽孢杆菌中发现了负责缩醛磷脂合成的酶，这些生物合成酶的同系物映射到许多不同的肠道微生物组物种。
膳食脂质的摄入对人类生命至关重要。从出生到幼年，人类的饮食由母乳组成，基于热量含量，母乳由约 55% 的脂质组成。
母乳甘油三酯中的脂质种类及其饱和度是影响婴儿健康发育的重要变量。
根据美国的最新数据，年龄较大的儿童和成人的饮食通常含有较少的脂肪热量，平均下降至 32%。
▼ 膳食脂质的来源
大多数脂质能够由真核细胞自身合成，因此提供了除饮食之外的第二来源。例外情况是 omega-3 和 omega-6 脂肪酸，哺乳动物不编码从头合成所需的酶，它们的前体必须来自饮食。
▼膳食脂质的健康益处
一般来说，膳食脂质为身体器官和细胞提供许多健康益处，例如，在细胞再生、蛋白质信号、能量平衡、膜稳定性和代谢途径的稳态维持方面。
▼ 肠道菌群类似肝脏，可以分解脂质
肠道菌群遇到摄入的所有膳食脂质，因此，肠道菌群中的酶就像第二个肝脏一样分解、转化和解毒膳食成分，这可能对宿主健康产生有益和有害的影响。由于肝酶具有分解膳食和外源性脂质的功能，因此微生物组酶在肠道中起着类似的作用。
微生物组酶对膳食脂质的生物转化
doi: 10.1016/j.chom.2023.01.009
注：由于我们的饮食中含有各种各样的脂质，因此上表并不代表所有生理上重要的膳食脂质清单。✔
从很小的时候起，人类就通过母乳接触饮食中的外源性鞘脂，随后食用乳制品、肉类、蛋和许多植物性食物。
摄入的常见类型的鞘脂包括神经酰胺、鞘磷脂、脑苷脂和神经节苷脂。
▼ 鞘脂的功能：尤其是大脑和神经生长很重要
鞘脂在整个胃肠道中被水解和吸收，它们在调节细胞生长、分化、免疫和新陈代谢方面起着重要作用。
鞘脂对大脑功能和神经生长很重要，神经节苷脂在脑细胞信号传导中起着重要作用，仅存在于动物脂肪中，因为植物缺乏合成这些脂质的酶。
▼ 拟杆菌：合成和转化鞘脂
在微生物组中，拟杆菌菌株不仅合成鞘脂，还通过从饮食中摄取简单的类鞘脂来生物转化膳食鞘脂。
它们还拥有许多聚糖降解酶，可以分解摄入的神经节苷脂。
这些包括唾液酸酶，它可以分解含唾液酸的代谢物（例如，神经节苷脂）并释放有助于免疫和预防感染的游离唾液酸。
神奇的是，不编码鞘脂合成所必需的酶的双歧杆菌菌株可以导入并利用鞘脂来产生 DHCer。
生命早期的宏基因组队列研究表明，双歧杆菌还编码预测分解复杂鞘脂的酶。目前的研究还很有限，但可以推测微生物组的酶活性与循环的鞘脂种类之间存在直接联系。
在肠道的局部水平上，增加复合鞘脂的摄入已被证明可以改善屏障功能并减少细菌毒素的伤害，这一过程可能受微生物组合成的酶功能影响的过程。
膳食鞘脂加工对哺乳动物生物学的影响才刚刚开始被发现。这些相互作用在富含鞘脂的母乳中尤为重要。鞘脂生物合成途径通常在早期微生物组中上调，这种上调是健康的预测指标。
拟杆菌和双歧杆菌是非常丰富的生命早期微生物组菌株，它们影响鞘脂代谢的能力可能会影响人类发育。
根据婴儿发育量表的评估，最近的一项研究发现婴儿肠道中肠道拟杆菌的存在与神经发育增强之间存在密切联系。随着肠道微生物群-脑轴正成为一个更被接受的范例，应进一步探索膳食和肠道来源的鞘脂在大脑发育中的作用。
胆固醇是真核细胞中类固醇激素和细胞膜的重要组成部分，哺乳动物无需膳食胆固醇即可合成胆固醇。这些甾醇脂质的信号传导和调节可以影响许多对人类健康和疾病很重要的免疫和代谢途径。
▼ 肠道微生物群胆固醇影响循环胆固醇
循环胆固醇被用作人类健康的重要生物标志物，可在肠道中吸收的游离胆固醇的量会影响循环中的胆固醇水平。
大约 100 年前提出了肠道微生物组胆固醇代谢影响血清胆固醇水平的观点，然而，直到最近的一份报告明确证实人类微生物组中的这种现象之前，研究这种联系的研究相对较少。
肠道微生物对胆固醇的代谢影响肠道和循环中的胆固醇浓度
doi.org/10.3390/metabo11010055
血液中的胆固醇水平可能会受到肝脏中合成的新胆固醇的影响，也可能来自于饮食等外源性来源。内源性胆固醇水平也可能受到他汀类药物或胆汁酸代谢改变的影响。肠道微生物对胆固醇的代谢也可作为维持胆固醇稳态的检查点。
▼ 厚壁菌中的微生物酶影响血清胆固醇
这项研究在以前未培养的肠道微生物群的厚壁菌门物种中发现了微生物酶 IsmA，该酶催化胆固醇转化为胆甾烯酮，并最终转化为粪前列腺素。
此外，这种酶在人体中的活性和存在会影响他们的总血清胆固醇水平。
这种酶的影响具有临床相关性，因为它影响血清胆固醇浓度的比值比相当于依折麦布（ FDA 批准的肠道胆固醇转运蛋白小分子抑制剂，是经临床验证的降低血液胆固醇的方法）。这些表明肠道微生物调节胆固醇具有很大的潜力。
注：依折麦布是第一个，也是唯一个胆固醇吸收抑制剂，通过选择性抑制小肠胆固醇转运蛋白，有效减少肠道内胆固醇吸收，降低血浆胆固醇水平以及肝脏胆固醇储量。
▼ 拟杆菌磺化胆固醇
最近表明，肠道微生物组菌株对膳食胆固醇的生物转化比之前认为的更为普遍。
许多共生微生物，包括拟杆菌属，都能够磺化胆固醇。含有磺基转移酶的拟杆菌属基因簇会影响小鼠的血清胆固醇水平，为膳食胆固醇被吸收到循环中的能力增加了另一个变量。
该基因簇还可以硫酸化类固醇激素，如维生素 D3 类似物、异异石胆酸、粪前列腺素和其他膳食甾醇，如 ß-谷甾醇。
▼ 不同人群肠道菌群不同，代谢胆固醇的微生物酶分布不均
在 IBD 和肠道炎症中，基因簇显着减少，考虑到最近归因于 T 细胞中固醇信号的免疫功能，这很有意思。
代谢胆固醇的微生物酶在人群中分布不均；因此，受试者的肠道基因组可以解释胆固醇、胆固醇衍生物和血脂组的一些变异性。
▼ 未来研究：可能发现更多胆固醇衍生物由微生物群合成
尽管次级胆汁酸等硫酸化甾醇衍生物与健康衰老有关，来自微生物组的粪便甾烷醇和硫酸化胆固醇代谢物的生物学功能尚未完全阐明，关于其途径的未来研究充满无限想象。
由于有数百种可能的修饰可以添加到甾醇骨架中，因此可以想象许多其他胆固醇衍生物能够由微生物组通过膳食胆固醇合成。
循环甘油三酯结合高密度脂蛋白和低密度脂蛋白水平通常用作代谢健康的指标。然而循环胆固醇在多大程度上直接影响心血管疾病的发展是有争议的，未来的研究有必要评估治疗干预中的这些途径，可能作为联合疗法。
人类能够合成除亚油酸和α-亚麻酸以外的所有必需脂肪酸，这必须来自饮食。它们分别是 omega-6 和 omega-3 多不饱和脂肪酸 (PUFA) 的前体。
▼ Omega-3 和 omega-6与炎症
omega-6 和 omega-3 多不饱和脂肪酸的下游代谢产物对膜成分至关重要，对调节炎症也很重要。
Omega-3脂肪酸具有抗炎作用，而 omega-6 脂肪酸具有促炎作用。然而，每一种都可以很容易地被氧化，并通过脂质过氧化作用导致一般的氧化应激。
▼omega-6:omega-3 比例高与代谢综合征相关
血液中的 omega-6:omega-3 比例是心血管健康的重要标志，高 omega-6 读数可能是代谢综合征的征兆。
摄入 Omega-6 脂肪酸会增加胰岛素抵抗，这是代谢综合征的常见机制。
有证据支持维持 omega-6:omega-3 脂肪酸摄入量的平衡比例对于预防代谢综合征、心血管疾病和癌症的重要性。西方饮食中 omega-3 和 omega-6 脂肪酸的摄入不平衡，omega-6 脂肪酸含量是古代不含加工食品的饮食的 10 倍多。
人类脂肪组织和母乳中的亚油酸含量在过去 100 年中一直在稳步增加，这会对儿童发育产生负面影响。
▼ 肠道微生物组的酶对脂质生物转化
来自肠道微生物组的酶可以在这些脂质进入宿主代谢途径之前对其进行生物转化，从而调节它们对宿主-脂质代谢的影响。
双歧杆菌和乳杆菌含有 CLA-HY，这是一种将亚油酸转化为共轭亚油酸的酶，然后转化为可结合 GPR40 和 GPR120 的分子，从而产生抗炎信号并限制亚油酸转化为下游产物的量。
CLA 酶在人类微生物组中很常见，可能导致对代谢综合征和肥胖的易感性发生变化。
膳食多不饱和脂肪酸也可以被常见的肠道微生物酶饱和，从而限制双键的数量和氧化潜力。
▼ 肠道 omega-6高，促进炎症细菌生长
功能不同的微生物群可改变饮食中的多不饱和脂肪酸的炎症潜力。
一项研究发现，肠道中高浓度的 omega-6 可以杀死通常与健康相关的细菌，并促进与炎症性疾病相关的细菌（例如变形杆菌）的生长。
▼ 肠道菌群影响多不饱和脂肪酸代谢物水平
此外，常见的多不饱和脂肪酸代谢物在 IBD 患者的肠道微生物组中存在显着差异，从超高加工食品中摄取它们会增加 IBD 风险。
另一项研究发现，大豆油中亚油酸摄入量的增加会改变肝脏鞘脂代谢物的平衡，肠道微生物组的存在会影响肝脏鞘脂的变化及其饱和度水平。
▼ 多摄入omega-3可以抗炎
大量证据表明，在饮食中摄入更多的 omega-3 脂肪酸可以起到消炎和抗炎作用。随机、双盲研究表明，摄入鱼油和富含 omega-3 的食物可以改善关节炎等炎症性疾病患者的全身炎症。
膳食中的 omega-3 脂肪酸可以改变人类和小鼠体内的微生物组组成，这已被证明对宿主具有积极的抗炎作用。
Omega-3 脂肪酸及其与肠道菌群的相互作用
doi.org/10.3390/nu14091723
▼omega-3益处：通过肠道菌群产生共轭脂肪酸
omega-3多不饱和脂肪酸可能有益地影响宿主代谢的一种可能机制是，通过肠道微生物组产生共轭脂肪酸。据报道，α-亚麻酸的共轭异构体具有抗炎、抗癌和抗肥胖的特性。
体外研究表明，双歧杆菌、乳杆菌和丙酸杆菌菌株能够将 omega-3 脂肪酸、α-亚麻酸生物转化为共轭亚麻酸异构体。
此外，与无菌小鼠相比，常规小鼠结肠内容物中的共轭亚油酸异构体和非共轭代谢物有所增加，表明肠道微生物组有助于体内omega-3 脂肪酸代谢。
用源自肠道微生物组的 α-亚麻酸代谢物短期喂养小鼠会影响肠道免疫稳态。需要做更多的工作来确认肠道微生物组对这些代谢物的贡献及其对人类的有益作用。
最终，多不饱和脂肪酸的摄取和代谢不仅取决于饮食摄入，还取决于肠道中存在的微生物。肠道微生物组酶对膳食多不饱和脂肪酸的调节可能是易患炎症性疾病、代谢综合征和心血管疾病的重要因素。
▼酰基链饱和水平对脂肪的生化特性影响重要
哺乳动物消耗的植物和动物脂肪中的甘油三酯和磷脂通常根据酰基链的饱和水平进行分类，因为酰基链的饱和水平赋予脂肪重要的生化特性，比如氧化还原电位和进入炎症通路的能力。
▼ 饱和脂肪酸不一定有害
饱和脂肪酸，例如硬脂酸和棕榈酸（分别具有 18 个和 16 个碳骨架），在哺乳动物饮食中含量最丰富。尽管它们曾被认为是有害的并会导致心血管疾病，但有关饱和脂肪酸的最新数据并不支持这一观点。
摄入最多的单不饱和脂肪酸是 omega-9 脂肪酸，油酸，通常被认为是中性的或对人体健康有益。对能够生物转化或代谢饱和或单不饱和脂肪的肠道微生物菌株或酶的研究是有限的。一项研究表明，硬脂酸和油酸可以在体外选择性地改变某些细菌菌株的生长。
▼ 脂肪酸的饱和水平影响细胞功能和体内平衡
使用受控饮食的小鼠研究表明，膳食脂肪酸含量的饱和水平会对线粒体功能、肠道通透性、肠道运动和肠道微生物组组成产生重大影响，大豆油中的氧化脂多不饱和脂肪酸会导致肥胖增加。
细胞膜和线粒体中脂肪酸的饱和水平会影响细胞功能和体内平衡。
鉴于这些影响，了解肠道微生物菌株对膳食饱和和单不饱和脂肪酸以及与宿主途径相互作用的全面影响将很重要，因为它们在对饮食和炎症触发的个性化反应中发挥作用。
宿主微生物脂质代谢和炎症
慢性炎症是困扰全世界的众多疾病的基础，包括代谢综合征和自身免疫。与数十万年人类历史消耗的脂质相比，人类消耗的脂质的数量、平衡和类型在过去 50-100 年发生了巨大变化。
由于我们的基因适应这种快速变化的速度很慢，因此更加依赖共生微生物来进化以适应饮食变化。
▼微生物合成的脂质可以成为免疫的有效刺激物
人们普遍认为，膳食脂肪的数量和类型的改变会导致全身炎症增加。作为进一步的结果，由哺乳动物微生物组直接合成的脂质可以成为粘膜和全身免疫的有效刺激物，并且这种炎症的引发可以反馈改变脂质吸收和代谢。
绝大多数脂质在小肠中被吸收，小肠是肠道的一个区域，微生物衍生的脂质与免疫系统直接接触。
在肠上皮细胞中，消耗能量用于免疫与新陈代谢之间存在权衡，适应性 IgA 反应可防止微生物衍生的脂质过度刺激先天免疫系统，从而抑制脂质吸收。
▼脂质吸收促进微生物组介导的肠道炎症
脂质吸收还可以通过上皮细胞中促炎性膳食脂质的积累来促进微生物组介导的肠道炎症，这一过程由清道夫受体 CD36 促进并由 T 细胞信号传导调节。
在 T 细胞中，脂质谱和代谢维持调节细胞和表达 Th17 程序的倾向。来自微生物组的甾醇衍生物已被证明可以直接影响这些途径，影响在肠道炎症中被破坏的 T 细胞平衡。
最后，生命早期接触膳食和微生物衍生的脂质对于哺乳动物免疫系统的启动、训练和发育至关重要，并对以后的疾病易感性产生重要的影响。
总体而言：以下三方面之间的相互作用解释了脂质代谢变化引起的慢性炎症易感性的主要变化：
人类膳食脂质代谢的变化影响代谢综合征和自身免疫发展的风险
Brown et al., Cell Host Microbe.2023.
在上面三个变量中，微生物组酶产生的脂质产物及其对全身炎症和循环脂质信号传导的影响的特征最少。许多研究将基因和遗传多态性与人类的特定疾病和循环脂质谱联系起来；然而，人们对驱动临床结果的个体之间微生物组酶功能的变化知之甚少。
目前我们开始了解到，微生物来源的脂质及其对脂质代谢的影响在宿主许多器官的生物学功能中具有系统性作用。对健康人血清的深度代谢组学分析发现了数千种未知的细菌来源代谢物，其中许多被预测为脂质。
▼ 肠道菌群脂质代谢促炎或抗炎
随着时间的推移，这些脂质组谱中的每一个对于个体来说都是独一无二的，并且变化可以引发或解决炎症。例如，亚油酸和花生四烯酸代谢的副产物（类花生酸和消炎素）可能对哺乳动物炎症的发生或消退产生深远影响，而肠道中的微生物组酶可以控制它们的循环。
脂肪酸去饱和酶基因FADS1和FADS2的多态性，与许多炎性疾病的风险增加有关，也控制了循环类花生酸水平。
因此，必须考虑微生物组和宿主遗传学的结合，以应对由脂质代谢失调引起的炎症风险。在许多情况下，在 IBD 或风湿病等慢性炎症性疾病的发生过程中，环境因素的影响超过了宿主遗传易感性。
▼微生物组的脂质代谢响大脑中的慢性炎症
除了在肠道内，微生物组的脂质代谢可能会影响大脑中的慢性炎症，可能导致许多神经退行性疾病。大脑主要由脂质组成，微生物组脂质代谢是否影响脑脂质化学尚不清楚。将帕金森病等神经系统疾病视为始于肠道的疾病是该领域的一个想法。
大脑富含鞘脂和缩醛磷脂，已知这两种物质都是由微生物在肠道中产生的。NKT 细胞通过响应脂质抗原环境在维持大脑免疫耐受方面发挥重要作用。无菌小鼠表现出许多神经学特征，包括较低的焦虑和行为改变，其中许多可以在不同微生物的肠道定植后被诱导。未来的研究应该系统地评估哪些微生物来源的脂质影响肠脑轴。
肠道微生物组在脂质代谢（消耗和生成）中的作用正在成为人类健康和疾病的主要决定因素。未来的努力应该扩大我们在将各种脂质与生物功能联系起来方面取得的适度进展，并将我们的理解应用于人类疾病。
影响健康的微生物组酶可以被抑制或引入，具体取决于环境，并且可以使用代谢组学和遗传分析筛选受试者，以将代谢特征与个体微生物组分布联系起来。
我们可以使用这些数据对预防、诊断和治疗进行更明确的分析。一般地说，我们应该了解在我们体内循环的许多脂质都是微生物来源的知识，这些努力需要几个方面的努力。
➧ 首先是微生物组代谢物的大规模注释
➧ 其次是计算和机器学习提供脂质鉴定方法
计算和机器学习方法可以提供一种更具可扩展性的脂质鉴定方法，该方法可以从推定的理论结构中更好地预测脂质的功能和结构等。
➧ 最后将脂质与微生物和宿主-微生物相互作用联系起来
需要一个更完整的脂质组学目录，该目录来自与健康和疾病相关的组织相关微生物。此外，介导脂质代谢的微生物酶的遗传操作也很重要。
为了扩展对微生物组脂质与宿主相互作用的了解，优先对那些在对人类健康更重要的菌群进行基因敲除更适用，例如Akkermansia、双歧杆菌、毛螺菌科和梭菌目菌株。
总之，肠道微生物群及其衍生的脂质和宿主脂质代谢之间存在复杂的串扰。需考虑特定食物和营养素组合在塑造微生物特征方面的作用，饮食、肠道菌群结构和脂质代谢之间的关系需要在大量人群中进行研究，以制定治疗策略。鉴于肠道菌群组成的个体差异，这些策略很可能需要患者分层和个体化治疗。
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谷禾健康
肠道微生物群之间编织了一个复杂的相互作用网络，影响人体的营养吸收和代谢，免疫功能等，对我们的健康状态有很大的影响。
我们知道，肠道微生物群具有多样性，平衡性，稳定性等特征，但同时也具有异质性，也就是说不同个体之间存在差异。不同人群对食物，膳食补充剂的健康需求不同。
特定的营养素、食物、整体饮食结构等诸多因素都会影响特定的肠道菌群，从而影响整体健康。
随着当前研究技术的不断进步，我们对肠道菌群和健康之间的关系认知不再停留在初级关联阶段，而是逐步走向精细化调节层面。
怎样通过这些看起来日常的饮食，益生菌补充剂等方式，去操纵肠道菌群以达到获得健康的目的，是一个值得深入探讨的话题。
本文，我们从肠道菌群的角度来了解一下，饮食模式、发酵食品、益生菌、益生元和其他相关化合物对我们健康的影响。
本文主要从五个方面讲述
●发酵食品对肠道菌群和健康的影响
●不同饮食模式与菌群及健康
●益生菌调节肠道微生物群和人体健康
●益生元化合物对肠道菌群的影响
●后生元和精神生物制剂与健康
Nma B,et al.Elsevier Inc.2022
发酵食品被定义为“通过理想的微生物生长和食物成分的酶促转化制成的食品”。
许多发酵食品已被证明通过不同的方式对人体具有促进健康的作用，包括生物活性分子的合成、肠道微生物群的调节以及与免疫系统的相互作用。
✦发酵食品产生多种代谢物，促进有益作用
在食品发酵过程中，微生物进行酶促转化，提供多种具有不同生理活性的代谢产物(多肽、低聚糖、游离氨基酸、改性多酚、有机酸等)。
这些转化发生在食物摄入之前，发酵食品也是微生物进入我们肠道的绝佳载体，与我们的微生物群的其他成员一起，可以转化和代谢我们肠道中的食物成分，产生具有不同功能的微生物代谢物(短链脂肪酸、维生素、细菌素等)。
据报道，某些发酵食品或其成分能够以某种方式促进有益的效果，而这些效果有时与我们微生物群的变化有关。在本节中，我们将讨论发酵食品对微生物群的影响及其可能的有益作用。
发酵乳制品对健康的影响已经被深入研究了一个多世纪，但直到最近，随着新的组学技术和大规模测序方法的使用，我们才能够详细了解食用发酵乳制品对微生物群的影响。
1 酸奶
•酸奶有助于改善乳糖消化不良
酸奶是研究最多的发酵乳制品之一。它是通过两种乳酸菌（德氏乳杆菌保加利亚亚种和嗜热链球菌）在牛奶中的联合活性获得的。欧洲食品安全局已经认识到酸奶发酵剂的有益作用，认为活酸奶培养物可以改善乳糖消化不良患者的乳糖消化。
•饮用酸奶增加了嗜热链球菌，减少了拟杆菌丰度
一些动物模型的临床前研究表明，长期摄入酸奶改变了小鼠菌群中拟杆菌门(Bacteroidetes)和厚壁菌门(Firmicutes)之间的比例，并增加了链球菌科（Streptococcaceae）成员的数量，这可能是由于摄入了酸奶中存在的嗜热链球菌(S. thermophilus)。
此外，一些在人体中进行的干预试验表明，饮用酸奶会增加人体微生物群中的一些细菌数量：其中，乳酸菌的丰度较高，而拟杆菌（Bacteroides）的种类则相应减少。
2 奶酪
奶酪，也是一种发酵的牛奶制品，其性质与酸奶有相似之处，都是通过发酵过程来制作的，也都含有可以保健的乳酸菌，但是奶酪的浓度比酸奶更高，近似固体食物，营养价值也因此更加丰富。
•食用奶酪可以增加产丁酸盐细菌丰度，可能缓解特应性皮炎
研究了奶酪和乳制品引发肠道微生物群变化并促进相关健康影响的能力。最近进行了一项健康食品选择与肠道微生物群组成之间的广泛关联研究，表明α多样性与低脂奶酪之间存在强烈的正关联。
临床前研究报告称，给小鼠服用奶油奶酪后，产生丁酸盐的细菌水平增加，T细胞(Treg)介导的免疫反应和IgE水平降低，表明对缓解特应性皮炎有潜在的有益作用。
•奶酪中的发酵菌可以存在人体一段时间
在人类中，两项干预试验评估了食用卡门贝尔奶酪对不同肠道菌群成员的影响，结果表明，食用奶酪后粪肠球菌（Enterococcus faecalis）的丰度显著增加，并且卡门贝尔奶酪中存在的微生物，如乳酸乳球菌（Lactococcus lactis）、肠膜明串珠菌（Leuconostoc mesenteroides）和白地土菌（Geotricum candidum），在食用奶酪期间出现在个体的粪便中。在停止干预15天后，粪便样本中存在肠膜明串珠菌。
3 开菲尔
开菲尔是一种由微生物混合物发酵的产品，通常包括几种乳酸菌和酵母，其发酵和生产过程根据其生产的地理区域和传统的细化过程而显著变化。
因此，很难对开菲尔的效果得出一般性的结论，更谨慎的做法是根据所研究的开菲尔的类型来具体说明这些效果。
•改善机体代谢，抗肥胖
有证据表明，食用开菲尔可能有有益的代谢作用。开非尔能够调节啮齿动物体内的微生物群组成。向肥胖的人类微生物群相关大鼠喂食西藏开菲尔牛奶表明，微生物群变化与胆汁酸和氨基酸代谢有关。
此外，连续四周每天给小鼠服用克非尔显示了对厚壁菌门/拟杆菌门比率的影响，以及对性能和身体疲劳的改善。
另一项研究通过建立社区特征和几种生物标志物之间的相关性，证明了开菲尔在小鼠体内的抗肥胖作用，这表明食用开菲尔诱导的微生物群和真菌群调节可能与预防肥胖和脂肪酸代谢有关。
•改善炎症性肠病、代谢综合征
一项针对炎症性肠病患者的随机对照试验表明，定期食用开非尔可以改善生活质量，减少腹胀。
此外，一项平行组随机对照干预试验显示，代谢综合征患者接受开菲尔12周后，在开菲尔组中放线菌的相对丰度增加，对代谢综合征标志物有一些有利的影响。
•还可能影响宿主行为和免疫状态
对小鼠施用开非尔还被证明可以增加短乳杆菌（Lactobacillus brevis）的流行率和微生物群产生γ-氨基丁酸的能力，影响宿主行为和免疫状态。
这些临床前证据表明，开非尔对宿主的微生物群和代谢有影响，包括肥胖、糖尿病、肝脏和心血管疾病、免疫和神经系统变化。
除了发酵乳制品外，关于其他动物性发酵食品调节微生物群的信息较少。然而，有证据表明植物发酵食品对肠道微生物群的影响，以及其与健康影响的潜在关系。
在这方面，酸菜、泡菜、红茶菌和其他发酵的植物性食物已经被研究过，并显示出对肠道微生物群的不同影响，尽管需要更多的证据来建立它们对人类健康的明确联系。
1 酸面包
•低蛋白饮食相关细菌减少、影响升糖反应
酸面包是一种发酵食品，也显示出了显著的效果。采用元蛋白质基因组学方法分析了酸面包对大鼠微生物组的影响，结果显示低蛋白质饮食相关的细菌类群减少。
在另一项研究中，食用手工酸面包引起的升糖反应与食用工业白面包不同。这些反应是个体特异性的和微生物相关的。
每个人的血糖反应可以根据干预研究前确定的微生物组谱进行预测。
2 发酵豆制品
•促进脂肪酸分解代谢
关于发酵豆制品，一些临床研究显示了微生物群调节活性和各种生理效应。在啮齿动物中研究了大豆发酵产品对代谢过程的影响，表明发酵大豆能够促进小鼠脂肪酸分解代谢和主要细菌门的变化。
•影响其他代谢物水平
鼠李糖乳杆菌发酵的豆浆通过增加一些细菌类群，如拟杆菌（Bacteroides），对小鼠微生物群有影响，这是一种通过尿液排泄的异黄酮代谢物的来源。
此外，用解淀粉芽孢杆菌（Bacillus amyloliquefaciens）发酵的大豆降低了2型糖尿病大鼠模型中的高血糖，引起疣微菌(Verrucomicrobiales)种群的增加和肠杆菌（Enterobacteriales）的减少，以及其他微生物群的变化。
•改善认知功能
值得注意的是，在小鼠中摄入植物乳杆菌发酵的大豆后，观察到对认知功能的积极影响，以及乳酸菌和双歧杆菌种群的增加。
含有植物乳杆菌（L.plantarum C29）的发酵产品在一组轻度认知障碍患者中进行的为期12周的人类临床试验中显示出认知能力的改善。
•可能改善皮肤状况
最后，摄入含有干酪乳酸菌代田株(Lactobacillus casei Shirota)的发酵豆乳对健康绝经前日本女性的皮肤状况有显著影响，乳酸菌和双歧杆菌的数量有增加的趋势，而肠杆菌科和紫单胞菌科(Porphyromonadaceae) 的数量则有下降的趋势。
由于各种食物已经证明了调节特定细菌和肠道微生物群整体结构的能力，因此短期和长期的饮食模式可以影响肠道微生物组的构成和良好功能。
★ 饮食对肠道菌群的多样性至关重要
我们肠道菌群的多样性可能反映了我们饮食的多样性，因此，饮食可能是我们控制和平衡肠道菌群组成和代谢的最强大的武器。
以下部分旨在概述过去几年来产生的关于不同饮食和饮食习惯对调节肠道菌群的潜力的一些现有知识。
西式饮食、地中海饮食和素食这几种可能是世界上最常见的人类饮食模式，每一种都与一些特定的健康/疾病状况有关。
✦不同饮食模式的差异主要是碳水化合物和纤维的含量
宏量和微量营养素方面的显著差异决定了这些饮食模式，其中复合碳水化合物和纤维的含量可能是最显著的之一。
事实上，复杂的碳水化合物和纤维可能是产生最确凿证据的食物成分，它们是肠道菌群的有益调节器，在碳水化合物消耗仅24小时后就会发生快速转变。
西式饮食，是一种以高含量精加工糖和碳水化合物、高含量饱和脂肪酸、高含量动物蛋白以及低含量膳食纤维为特征的一种现代饮食方式，不能否认的是这种饮食好吃还容易上瘾。
✦西式饮食导致易患许多代谢疾病
这种饮食模式在人类历史上是最近才出现的，通常与城市生活方式有关，通常与炎症和代谢疾病有关，包括2型糖尿病和肥胖等。
✦西式饮食下的肠道微生物显著改变
此外，在将祖先生活方式和农业人口的饮食与西方化生活方式的饮食进行比较时，观察到肠道微生物群的组成发生了显著变化，总体特征是纤维降解细菌的减少和蛋白质代谢细菌的增加。
变形菌、拟杆菌等蛋白质代谢菌较丰富
最近的研究已经指出，与这些生活方式相关的一些疾病生物标志物可能是通过西方饮食对肠道微生物群的干扰作用介导的，其特点是多样性低。
蛋白质和胆汁代谢细菌占主导地位，包括产生三甲胺n-氧化物(TMAO)的物种，变形菌和拟杆菌通常更为丰富。
事实上，在动物模型中，西方化饮食的引入会迅速转化为微生物群的变化，并增加感染和代谢疾病的风险，在向新动物移植不良微生物群后，这些表型可以重现。
这表明，饮食模式影响人类健康的一些机制是通过调节肠道微生物群来实现的，并表明通过饮食调节肠道微生物群可能会降低一些疾病风险。
地中海饮食的特点是大量摄入新鲜水果、蔬菜、豆类和全谷物，同时摄入少量动物蛋白、加工食品和饱和脂肪。
✦地中海饮食改善代谢、降低慢性病患病率
长期以来，这种饮食习惯与改善代谢和心血管健康、健康老龄化、降低死亡率和慢性疾病患病率有关。
纤维降解细菌丰度增加、短链脂肪酸增加
其中一些影响与肠道菌群特征及其相关代谢组和免疫调节的特定变化有关。就地中海饮食对肠道菌群的具体影响而言，它通常与纤维降解物种的高度多样性和代表性有关，如普雷沃氏菌（Prevotella）和毛螺菌属(Lachnospira)。
其代谢导致短链脂肪酸的产生;以及一些瘤胃球菌的减少。事实上，严格坚持地中海饮食的人的短链脂肪酸水平似乎更高。
值得注意的是，与地中海饮食相关的有益肠道菌群调节并不完全与其长期食用有关，因为饮食习惯向这种模式转变，即使是相对较短的时间，通常也会改善微生物和健康生物标志物，这在各种炎症、代谢和认知障碍的动物模型以及人类临床试验中都得到了证明。
例如，对一组超重和肥胖的参与者进行了8周的地中海饮食干预，即使在保持能量摄入的情况下，也导致微生物群多样性显著增加，纤维降解细菌的表现包括普拉梭菌、一些拟杆菌属和一些罗氏菌属、颤螺菌属和毛螺菌，这些细菌负责短链脂肪酸的产生，包括丁酸盐生产者。其中一些还被认为具有抗炎特性。
✦有效改善炎症
此外，在饮食干预后，潜在的促炎细菌(如Ruminococcus gnavus)减少，胆固醇水平、炎症标志物和胰岛素抵抗全面改善。
地中海饮食对肠道菌群结构的好处也在其他健康受试者的队列中被揭示出来。在欧洲各国的老年人群中进行了一项大型饮食干预试验，表明在12个月的时间内坚持地中海饮食模式有利于调节微生物群中的关键物种，导致与较低虚弱和改善认知功能标志正相关的类群的丰富，并与炎症负相关，包括以下几种菌属：
普拉梭菌（Faecalibacterium）；
罗氏菌属(Roseburia)；
优杆菌属（Eubacterium)；
多型拟杆菌（Bacteroides thetaiotaomicron）；
普雷沃氏菌（Prevotella）。
素食
素食是一种不食肉等动物产品的饮食方式，有时也戒食奶制品和蜂蜜。在另一个极端，许多研究评估了长期素食和杂食饮食对微生物群、代谢组和疾病风险的影响。
✦素食对健康促进的具体作用暂不明确
长期以来，素食饮食一直被认为具有促进健康的作用，但与杂食性饮食相比，素食饮食也可以培养不同的肠道微生物群结构，总体上增加了多样性和丰富性;拟杆菌（Bacteroidetes）经常以较高的相对频率出现。
然而，报告了一些相互矛盾的结果，一些控制良好的喂养研究发现，生活在同一地理区域的杂食性和素食者之间的肠道微生物群只有适度的差异。不过两组在代谢组中都表现出很大的差异，这可能部分归因于微生物群产生的代谢物。
低FODMAP饮食
还有一种与潜在微生物群调节能力相关的饮食模式是低FODMAP饮食。
什么是FODMAP？
FODMAP是一组人体吸收较差的短链碳水化合物，包括果糖、果聚糖、乳糖、多元醇及半乳糖寡糖等。
其特点是可发酵低聚糖、双糖、单糖和多元醇的含量降低，虽然其中一些成分可能作为益生元对健康受试者的肠道菌群进行有益的调节，但它们也可能引发肠易激综合征(IBS)和其他肠道疾病患者的不良反应。
✦缓解肠易激综合征
低FODMAP饮食长期以来可以证明缓解了肠易激综合征患者的症状，但其有益效果似乎强烈依赖于患者的基础微生物群特征。
✦影响健康促进有关细菌的丰度
在微生物区系水平上，FODMAP消耗的减少通常会导致一些与健康促进有关细菌的肠道减少，如：
普拉梭菌（Faecalibacterium Prausnitzii）↓↓↓
双歧杆菌（Bifidobacterium）↓↓↓
嗜黏蛋白阿克曼菌（Akkermansia）↓↓↓
巨球型菌属（Megasphaera）↓↓↓
片球菌属（Pediococcus）↓↓↓
放线菌（Actinobacteria）↓↓↓
以及产生丁酸盐的细菌减少
同时伴随着其他气体消耗细菌的增加，如雌马酚产生者Adlercreutzia，甚至是Ruminococcus torques。细菌通常在肠易激综合征患者中检测到高丰度。
因此，低FODMAP饮食可以导致症状的改善，尽管所涉及的机制尚不清楚，但是同时，也可以诱导更明显的肠道菌群失调。
有趣的是，低FODMAP饲粮降低了结肠pH值和细菌总数，而短链脂肪酸浓度不受影响，这进一步支持了低FODMAP饮食下肠道菌群代谢中存在重要的重组。
注意
虽然人们普遍认为地中海和素食饮食可以改善肠道微生物群的多样性和纤维降解细菌的表现，但在不同的研究中，一些具体的类群有所不同，这阻碍了在饮食模式、微生物群变化和健康反映之间建立具体的因果关系。
这可以归因于不同食物组合的可变影响，以及对饮食干预的反应可能高度依赖于基础肠道微生物群组成，以及其他个体遗传和环境特征、宿主遗传、季节、地理和文化差异。
在考虑将饮食干预作为精确调节肠道微生物群的手段时，另一个需要考虑的关键方面不仅是宏观和微量营养素的具体组成，还包括摄入次数、饮食行为和饮食干预的持续时间。
一般来说，虽然相对短期的饮食干预足以对肠道菌群产生可测量的影响，但在恢复习惯性饮食后，这些变化会迅速恢复，甚至，根据基础菌群配置，可能需要更大的干预才能产生明显的效果;建议永久性的饮食适应，以确保提供持续的基质来源，为有益的肠道种群提供燃料及其相关的长期益处。
因此，虽然在该领域已经取得了重大进展，但为了建立旨在通过调节肠道微生物群来改善人类健康的个性化饮食策略，有必要进行进一步的研究。
益生菌被定义为“当施用足量时，对宿主的健康有益的活微生物”。
益生菌已被认为在不同水平上发挥其有益功能，包括:
•营养物质的代谢，以促进消化，产生维生素或具有全身作用的分子；
•神经系统信号的改变；
•免疫调节的诱导；
•对生理应激的保护；
•直接和间接的病原体拮抗；
•改善肠道上皮的屏障功能；
•调节微生物
益生菌可以在不同程度上对宿主产生有益作用
Nma B,et al.Elsevier Inc.2022
这些功能可以是接触依赖的或由表面分子介导的，如脂磷酸和梭酸依赖菌毛，或由分泌分子介导的，如短链脂肪酸和细菌素。
总的来说，突出了免疫调节和病原体拮抗活性，它们对于维持肠道微生物组中细菌群落与宿主之间的平衡至关重要。
一些研究，不仅在体外和动物模型中，而且在人类志愿者中，分析了益生菌对与人类疾病相关的特定细菌病原体或群体的抑制作用，如产气荚膜梭菌 (Clostridium perfringens)、肠炎沙门氏菌（Salmonella enteritidis）和大肠杆菌（Escherichia coli）;以及其对生理或炎症标志物和免疫特征的影响。
益生菌也被认为能够调节整体肠道微生物群。事实上，有人提出所需的益生菌效果与肠道中的微生态变化有关。
✦益生菌治疗改变了肠道微生物组成
对动物模型的不同研究表明，用不同菌株的乳酸菌和双歧杆菌以及其他微生物(如布拉氏酵母菌)进行治疗，明显影响小鼠肠道的微生物群组成，促进微生物群落的结构和功能的变化。
注：这些研究大多使用细菌计数或qPCR分析来研究肠道微生物群分布的变化，只获得了生态系统的一小部分图像。在这方面，随着下一代测序技术和生物信息学工具的发展，我们可以对肠道微生物组进行更深入的研究，不仅可以从结构和组成层面，还可以从功能层面深入研究益生菌对微生物群落的影响。
缓解肥胖相关的肠道微生物失调
在动物模型上报道了鼠李糖乳杆菌、嗜酸乳杆菌、植物乳杆菌、两歧双歧杆菌、长双歧杆菌和粪肠球菌对饮食诱导的肥胖小鼠肠道微生物群的调节作用，缓解了饮食诱导的肥胖和相关的肠道微生物群失调。
此外一些益生菌，如茯砖茶中的冠突散囊菌(Eurotium cristatum)，也显示出调节肠道真菌和细菌群落的能力，表现出与健康动物中观察到的情况更接近的特征，并减轻饮食引起的肥胖症状。
下面是益生菌调节肠道菌群的一些证据：
调节抑郁症的肠道生态失调
肠道生态失调
在抑郁症小鼠模型中，使用含有L.plantarum LP3、L.rhamnosus LR5、Bifidobacterium lactis BL3、Bifidobacterium breve BR3和Pediococcus pentosaceus PP1的益生菌配方进行干预，可对微生物组产生调节作用，使其与健康动物中观察到的情况相似，从而减少与疾病相关的肠道生态失调。
结肠炎生态失调得到改善
同样，在诱导结肠炎小鼠模型中，摄入布拉迪酵母菌（Saccharomyces boulardii）或两株发酵乳杆菌（Lactobacillus fermentum ）已显示出能够调节肠道微生物组，增加生物多样性，并显著改善结肠炎动物的肠道生态失调特征。
结直肠癌的致病菌得到抑制，有益细菌增加
另外，在结直肠癌小鼠模型中，丁酸梭菌（Clostridium butyricum）的干预减弱了致病菌的增加，促进了有益菌的生长，并改变了次生胆盐和短链脂肪酸等微生物源性代谢产物。
在小鼠哮喘模型、抗生素诱导的生态失调小鼠和健康动物中也报道了这些调节作用，显示生物多样性和有益细菌丰度的增加。
益生菌对微生物群的调节在人类中并不明显，因为有的研究显示了相互矛盾的结果。可能还需一系列深入研究来了解益生菌对人体肠道微生物群的具体影响。
下面是存在争议的一些数据：
在最近的一项工作中，研究表明，以嗜酸乳杆菌（L. acidophilus）、乳酸乳杆菌（B. lactis）、长双歧杆菌（B. longum）、双歧双歧杆菌（B. bifidum）、和半乳糖低聚糖混合物组成的共生生物作为益生元进行干预，显示出在一组肥胖患者中调节肠道微生物群落的能力，观察到不同健康相关菌群(如双歧杆菌、毛螺菌和乳杆菌)的比例有所增加;以及与肥胖正相关的慢性炎症相关群体的减少，如瘤胃球菌科(Ruminococcaceae)，普雷沃氏菌（Prevotella）和巨球型菌属（Megasphaera） 。
然而，先前对肥胖患者的研究显示了相互矛盾的结果，因此其中一些研究报告称，在益生菌干预后，肠道微生物群落没有变化，质疑这种对肠道微生物组的调节作用的存在。
与此同时，对影响全球数百万人的炎症性肠病患者的研究也显示出有争议的结果。尽管在动物模型中已经报道了对肠道微生物群落的调节作用，但在一组溃疡性结肠炎患者中，用含有短双歧杆菌(B. breve)的某品牌益生菌治疗，在研究过程中，两个治疗组之间没有显著差异。
另一方面，摄入含有L.acidophilus La-5和B. animalis亚种的益生菌酸奶。促进了一组炎症性肠病患者中乳酸菌、双歧杆菌和拟杆菌水平的增加，尽管这项工作没有从宏基因组的角度分析微生物组。
✦特定菌属水平增加，整体菌群组成变化不大
一些研究报道，益生菌不影响整体菌群组成，但可以改变特定属的比例。
例如，在高危特应性疾病婴儿中，在产前最后阶段和出生后第一年摄入益生菌混合物促进了双歧杆菌和乳酸杆菌水平的增加，但在肠道微生物组中没有检测到显著变化。
同样，在一组有功能性便秘症状的个体中，混合使用益生菌的干预促进了瘤胃球菌（Ruminococcus）水平的增加和丹毒丝菌科(Erysipelotrichaceae) 成员的减少，但α多样性指数和整体微生物组组成显示出与安慰剂组检测到的水平相似。
在一组HIV感染个体中，在使用鼠李糖酵母菌GG干预8周后，也描述了相同的趋势。
✦增加与健康相关共生细菌，减少病原体相关细菌
其他研究表明，益生菌可以引起肠道微生物种群的变化，增加与健康相关的共生细菌的水平，减少与病原体相关的群体，甚至恢复被改变的微生物群落的平衡。
在这方面，干酪乳杆菌（Lactobacillus casei Lcr35）在一组患有急性腹泻的儿童中，促进了拟杆菌、粪杆菌和瘤胃球菌属的增加，并降低了大肠杆菌和梭状芽孢杆菌的水平。
在一项针对乳糖不耐受患者的研究中，使用B.longum BB536和L.rhamnosus HN001进行30天的干预也导致肠道微生物组成发生积极变化。
在感染幽门螺旋杆菌的患者中也观察到了这种趋势。他们报告了多重耐抗生素的屎肠球菌LAB制剂与抗生素联合使用时，在正常肠道微生物群方面的有效效果，防止α多样性值的下降，并恢复受抗生素治疗影响的微生物群的水平。
同样，在一组患有早期败血症的成年人中，益生菌的干预导致α多样性的增加以及益生菌的增加，如不同种类的乳酸菌（Lactobacillus）和屎肠杆菌（E.faecium）。
此外，一些研究表明，益生菌不仅可以引起特定细菌种群的变化，还可以引起相关微生物群代谢物的变化。
✦肝硬化患者肠道失调得到改善
在肝硬化患者中，摄入8周鼠李糖乳杆菌GG不仅能调节肠道微生物组，降低肠杆菌科（Enterobacteriaceae）和紫单胞菌科(Porphyromonadaceae)的相对丰度，增加共生菌毛螺菌科(Lachnospiraceae)和瘤胃球菌科(Ruminococcaceae)的丰度，还能调节代谢物的分布，从而改善肠道生态失调和微生物-代谢组的联系。
在摄入增强结肠短链脂肪酸生成的发酵牛奶后，也有类似的趋势被报道；在乙型肝炎诱导的肝硬化患者中摄入含有丁酸梭菌(C.butyricum)和婴儿双歧杆菌（Bifidobacterium infantis）的益生菌混合物3个月后，促进了不同肠粘膜屏障完整性生物标志物的改善。
考虑到来自动物模型和人体试验的这一证据，最近有人提出将益生菌作为预防和治疗结直肠癌的新策略。
注：迄今为止，缺乏针对人类患者的研究，专注于分析益生菌对与CRC相关的肠道菌群紊乱的可能调节作用。
✦健康人群病原相关菌丰度下降
就健康人群而言，只有少数干预研究分析了益生菌摄入量对肠道微生物群的影响，而肠道微生物群可以根据参与者的年龄进行分类。
在一项对3至12个月大的婴儿的研究中，使用三种益生菌菌株进行干预(B.longum subsp. infantis R0033, Lactobacillus helveticus R0052和B. bifidum R0071)。8周后，一些病原相关类群如柯林斯菌属(Collinsella)，肠球菌（Enterococcus）和克雷伯氏菌（Klebsiella），粪杆菌（Faecalibacterium）和瘤胃球菌（Ruminococcus）水平下降。
此外，在干预期间，一些细菌群保持稳定，而在安慰剂组中，它们增加了，如大肠杆菌志贺氏菌(Escherichia-shigella)和韦荣氏球菌属（Veillonella）的情况下
增加有益细菌，减少病原体相关菌的一些证据：
在另一项对健康婴儿的研究中，在生命的第一年摄入补充了4种双歧杆菌菌株的配方，促进了脆弱拟杆菌（Bacteroides fragilis）和经黏液真杆菌属（Blautia）水平的下降，以及代谢物谱的差异，尽管没有检测到整体微生物组的变化。
在成人人群中，有研究表明，益生菌摄入量对肠道微生物群落的影响与肠道菌群的基础组成密切相关。每天食用干酪乳杆菌(L.casei)14天，增加了某些有益细菌的相对丰度，如乳酸杆菌（Lactobacillus）、罗氏菌属(Roseburia)、粪球菌属（Coprococcus），而一些有害细菌的水平则降低了。
在用Lactobacillus kefiri LKF01治疗后，以及B.longum BB536和L.rhamnosus HN001进行干预后，也报告了类似的结果，显示出强大的调节肠道微生物群组成的能力，导致有益细菌的增加，并显著减少直接参与促炎反应和胃肠道疾病发作的潜在有害菌群。
✦产丁酸盐细菌增加
此外，每天食用两歧歧杆菌（B.bifidum strain Bb）4周会影响粪便微生物群中优势类群的相对丰度，并调节粪便丁酸盐水平，因此作者观察到普雷沃氏菌(Prevotellaceae)的数量减少，而瘤胃球菌(Ruminococcaceae)和Rikenellaceae的比例更高。
这些研究支持了之前的研究，即益生菌对肠道菌群的调节作用。有趣的是，最近有人提出了益生菌“ salami”的潜力，尽管微生物组的整体结构没有发现显著变化，但摄入益生菌萨拉米会促进产生丁酸盐的细菌的增加。
在益生菌摄入过程中检测到粘附相关基因的差异表达和大量参与细菌运动性的基因，提示益生菌干预可以通过调节其表达模式来调节肠道微生物组。
小结
总之，在过去的几十年里，大量的科学报告已经证实了益生菌对宿主健康的积极作用。然而，尽管存在不同的动物模型和人体研究，显示益生菌可能对肠道微生物群落及其功能具有调节作用，但在人体试验中报道的还存在一定的争议。
现有的研究使用了不同的益生菌菌株、广泛的年龄范围、疾病和疾病状态，以及摄入不同饮食和营养素的志愿者;因此，研究组表现出较高的个体内部和个体间的变异性，使得阅读结果变得困难。
另一方面，正如前面提到的，我们必须考虑到益生菌的作用不仅取决于菌株，还取决于基础微生物群，而最常用的益生菌(主要属于乳酸杆菌和双歧杆菌)不一定在肠道定植，并且可以在益生菌干预后释放，从而使确定益生菌调节宿主肠道微生物群的具体机制变得更加复杂。
为了阐明益生菌对肠道环境和微生物群影响的分子机制，我们应该进一步研究更大、更均匀的群体，也许还应该研究从人类肠道环境中分离出来的下一代益生菌，它们能够在肠道粘膜上定植，产生长期效应。
益生元概念首次定义为“不易消化的食物成分，通过选择性地刺激一种或少数已经存在于结肠中的细菌的生长或活性而有益地影响宿主”。
然而，这一概念多年来一直在发展。当前的国际益生菌和益生元协会共识小组提出了以下益生元的定义:“一种被宿主微生物选择性利用的对健康有益的底物”。
各种益生元
应该指出的是，目前确立的益生元是基于碳水化合物的，尽管其他物质如酚类化合物和多不饱和脂肪酸转化为各自的共轭脂肪酸可能符合这一定义。
几十年来，只有少数几类碳水化合物被认为是益生元，包括人乳寡糖(HMOs)、菊粉和低聚果糖(FOS)、低聚半乳糖(GOS)和乳果糖。
一些益生元及相关研究
Nma B,et al.Elsevier Inc.2022
•人乳寡糖
人乳寡糖包括由5个单体(葡萄糖、半乳糖、n-乙酰葡萄糖胺、焦糖和唾液酸)通过多达12个不同的a-和b-糖苷键结合形成的广泛的低聚糖结构。
人乳寡糖对新生儿肠道菌群发育有很大影响，促进双歧杆菌(Bifidobacteriaceae)和拟杆菌(Bacteroidaceae)生长。
•低聚果糖
另一方面，低聚果糖是通过蔗糖的果糖转基化或菊粉的部分水解获得的，是唯一主要由果糖单位组成的碳水化合物。
•低聚半乳糖
相比之下，低聚半乳糖包括含有b键的b-GOS和来自乳糖延伸的b-GOS，以及存在于各种蔬菜来源中的a-GOS，如棉子糖和水苏糖。
•其他益生元
其他潜在的益生元低聚糖包括异麦芽糖-低聚糖(IMOS)，由糖化植物淀粉中获得的由a键连接的葡萄糖单位形成的分支结构;
低聚木糖(XOS)和阿拉伯低聚糖(AXOS)，由木聚糖和阿拉伯低聚木聚糖水解产生的含有阿拉伯糖酰和葡萄糖醛基分支的低聚木糖物组成;
纤维寡糖(COS)，由木质纤维素生物质酶解获得，由b键连接的葡萄糖单位形成;
果胶寡糖(POS)，由果胶部分水解产生，由半乳糖醛酸线性链形成，可能显示含有鼠李糖、阿拉伯糖、木糖和半乳糖等中性糖的分支结构域。
许多研究通过动物模型来评估体内益生元化合物的潜在生物活性。
✦增强代谢和生物利用度
通过16S rRNA基因测序和鸟枪法测序，大鼠给予低聚果糖和低聚半乳糖可导致普雷沃氏菌（Prevotella）水平升高，并由于普雷沃氏菌的代谢功能而增强了人参总苷的生物转化和生物利用度。
深度宏基因组测序实验已经报道了低聚果糖在高脂饮食喂养小鼠中促进了以下菌群的生长：
Allobaculum ↑↑↑
Oribacterium ↑↑↑
普雷沃氏菌（Prevotella） ↑↑↑
并降低了以下菌群：
嗜胆菌属(Bilophila) ↓↓↓
Butyrivibrio LE30 ↓↓↓
鸟枪测序分析还显示，菊粉处理的高脂饲料饲养的小鼠后代的葡萄糖和脂质代谢途径增强。
以下菌群水平增加：
B. breve ↑↑↑
B. acidifaciens ↑↑↑
Clostridium sp. CAG 343 ↑↑↑
Eubacterium sp. CAG 786 ↑↑↑
下列菌群水平下降：
B. massiliensis ↓↓↓
Oscillibacter sp. 1-3 ↓↓↓
Ruminococcus gnavus CAG 126 ↓↓↓
✦降低致病菌丰度
在肉鸡等其他动物模型中测试了低聚果糖补充剂作为抗生素的替代品，导致致病性脱硫弧菌属(Desulfovibrio)和幽门螺杆菌（Helicobacter）的丰度降低。
研究集中在其他寡糖家族，如异麦芽低聚糖，揭示了绿茶与异麦芽低聚糖联合使用，通过预防小鼠肠道生态失调来对抗高脂肪饮食诱导的代谢改变，显示了有益细菌(如Akkermansia muciniphilia，双歧杆菌，乳酸菌和罗氏菌属)丰度的增加。
✦非碳水化合物类益生元可以改善肥胖和肠道炎症
非碳水化合物的调节作用也在体内进行了研究，并通过元分类学评估了微生物种群的变化。已有研究证明，富含多酚的蔓越莓提取物可预防饮食诱导的肥胖、胰岛素抵抗和肠道炎症，并增加小鼠肠道微生物群中嗜黏蛋白阿克曼菌(Akkermansia muciniphila）丰度。
同样，槲皮素对高脂饮食诱导的非酒精性脂肪肝疾病的保护作用，以及类黄酮通过调节厚壁菌门/拟杆菌门比率来改善肥胖诱导的小鼠肠道生态失调的潜力已被描述。
临床试验
已经进行了几项临床试验，以测试不同益生元化合物的潜在作用。
✦增加新生儿双歧杆菌丰度
经荧光原位杂交测定，含有低聚半乳糖和低聚果糖混合物(比例为9:1)的配方可促进婴儿体内双歧杆菌的生长，而补充相同比例的短链低聚半乳糖和长链低聚果糖可导致丙型肝炎病毒感染母亲的新生儿粪便双歧杆菌和乳酸菌数量增加。
此外，肠内补充80%短链低聚半乳糖和长链低聚果糖(比例9:1)和20%酸性果胶寡糖的益生元混合物可导致早产儿双歧杆菌和出生后肠道定植增加。
✦抑制了艾滋病患者中一些有害菌的生长
在人类免疫缺陷病毒1型(HIV-1)感染的成人中，类似的益生元混合物促进了双歧杆菌的生长，并抑制了以下细菌的生长：
Clostridium coccoides ↓↓↓
直肠真杆菌（Eubacterium rectale） ↓↓↓
Clostridium lituseburense ↓↓↓
Clostridium histolyticum ↓↓↓
✦改善肥胖人群肠道菌群构成
同样，服用低聚半乳糖导致50岁以上男性和女性双歧杆菌丰度增加，并增加双歧杆菌数量，减少超重成人粪便样本中拟杆菌和Clostridium histolyticum的数量。
临床试验还报告了低聚果糖和果聚糖的益生元效应，结果表明菊粉型果聚糖导致双歧杆菌和普拉梭菌（F. prausnitzii）的增加;根据16S rRNA基因测序数据，这两种细菌都与血清脂多糖水平呈负相关，并且还降低了肥胖女性的肠道拟杆菌、Bacteroides vulgatus和丙酸杆菌（Propionibacterium）。
✦增加健康成年人体内双歧杆菌含量
此外，根据对健康成年人粪便微生物群的分析，菊粉给药增加了铁含量低的女性的粪便双歧杆菌，大豆寡糖、棉子糖和水苏糖可以被双歧杆菌选择性代谢。
✦其他益生元的作用
研究还评估其他益生元化合物的潜在效应。
食用聚葡萄糖可增加健康男性体内戴阿利斯特杆菌属 （Dialister）、普拉梭菌（Faecalibacterium）和考拉杆菌属（Phascolarctobacterium）的丰度。
这几类细菌的作用在谷禾之前的文章中有具体讲述
根据两项研究中获得的16S rRNA基因测序数据，B. animalis subsp. lactis 420促进了阿克曼菌、Christensenellaceae和Methanobrevibacter的生长，并降低了健康超重或肥胖个体中Paraprevotella的生长。
在健康个体中，部分水解瓜尔胶的饮食干预促进了拟杆菌、普拉梭菌、Fusicatenibacter和瘤胃球菌的生长，并减少了经黏液真杆菌属、毛螺菌科和罗氏菌属的生长。
值得注意的是，这些影响在男性参与者中更为明显。
同样，根据16S rRNA基因测序数据，女性不孕症患者口服部分水解瓜尔胶可导致双歧杆菌丰度增加，拟杆菌丰度降低，改善肠道生态失调和妊娠成功。
每日饮用红酒多酚可增加健康男性中的菌群数量，包括以下菌属：
拟杆菌属（Bacteroides） ↑↑↑
双歧杆菌属（Bifidobacterium） ↑↑↑
肠球菌属（Enterococcus） ↑↑↑
普雷沃氏菌属（Prevotella） ↑↑↑
Blautia coccoides ↑↑↑
Eggerthella lenta ↑↑↑
直肠真杆菌(E.rectale) ↑↑↑
益生菌定义中的关键词是“活的”，这意味着微生物必须是活的(在施用时)才能发挥有益的作用。
但是，在过去的几年里，越来越多的证据表明，不可活的细菌，它们的成分或它们分泌的代谢物，也可能在对健康的积极影响中发挥关键作用。
“后生元”一词于2011年首次提出，指的是摄入后对健康有益的灭活、不可存活的微生物细胞。
这一概念是基于观察到非活细菌或其提取物(破碎的细菌)具有调节宿主免疫反应的能力。
✦后生元相较益生菌的优势
将后生元与益生菌进行比较发现，后生元生产的复杂性较低，具有更好的长期稳定性。
对于某些高炎症状态的患者，使用后生元可能是更安全的替代方案，避免了使用活微生物时反应加剧。
在对术语进行分类的尝试中，提出了“true probiotics”(活的和活跃的细胞)、“pseudo-probiotic”(活的和不活跃的细胞，无论是营养细胞还是孢子细胞)和“ghost probiotics”(非活的或死亡的细胞，完整的或破裂的。
此外，活微生物对食物基质成分的活性也可能释放对健康有积极影响的副产物。例如，牛奶蛋白中加密的生物活性肽。
✦后生元的组成
后生元的组成可以是可变的。除了灭活的(无生命的)微生物生物量，细胞壁的成分(肽聚糖、蛋白质、糖蛋白、磷壁酸)、细胞质膜(磷脂、蛋白质)或细胞外成分，如胞外聚合物(EPS)。此外，分泌到培养基上清液或特定发酵食品的代谢物也可能存在。
后生元的成分示例及显微镜下图像
Nma B,et al.Elsevier Inc.2022
✦后生元的作用
后生元作用机制与益生菌的类似，即调节有益菌群的能力、对病原体的拮抗作用、增强肠上皮屏障功能的能力以及调节免疫反应或宿主的其他生理功能。
•刺激免疫反应
双歧杆菌产生的EPS，作为报道的对产生细菌有益作用的关键成分之一。无论是被聚合物包围的紫外线灭活双歧杆菌还是纯化的EPS本身，都能够以不同的方式刺激免疫反应，这取决于聚合物的物理化学特性。这些细菌EPS能够与肠上皮细胞的TLR4相互作用。
•促进脂质代谢和葡萄糖稳定
此外，双歧杆菌EPS是能够积极调节菌群组成的碳水化合物，因为它们被用作肠道某些细菌的选择性发酵底物。特异性EPS还促进饮食诱导的肥胖小鼠模型的脂质代谢和葡萄糖稳态的变化。
含有能够释放抗菌化合物的活益生菌，也可以被视为后生物制剂，可能有助于提高发酵产品的安全性。
将后生元应用于食品，虽然是改善我们健康的一种新方法，但仍然具有挑战性。
精神生物制剂
关于肠道菌群在维持我们生理系统(被称为微生物-肠道轴)方面的知识越来越多，这促使了与调节这种双向对话的饮食策略相关的新概念的发展。这些轴之一是研究的热点，即微生物-肠道-大脑轴。
这是基于对肠道微生物群活动可能参与神经疾病和随着年龄增长而维持认知功能。
▸ 精神生物制剂
针对这目标，提出了与益生菌相关的新定义：精神生物制剂是一种“活的有机体，当摄入足量时，会对患有精神疾病的患者产生健康益处”。
最近，这一定义扩大到包括能够调节肠-脑轴影响肠道微生物群的底物;因此，精神生物制剂是“有益的细菌(益生菌)或对影响细菌-大脑关系的细菌(益生元)的支持”。
研究强调，某些微生物代谢物可以作为某些代谢紊乱的调节因子。同样，在肠道-大脑相互作用的机制中，微生物代谢物也是关键角色。
✦改变行为
已经证明一些微生物来源的精神生物制剂能够有效地改变行为。在一种优雅的实验中，产生酪胺的Providencia能够以一种对共生和宿主都有益的方式操纵秀丽隐杆线虫（Caenorhabditis elegans）的“感官”决定;在食物选择测定中，被Providencia定植的线虫选择了含有这种细菌的食物。
然而，肠道微生物群代谢组的操纵非常复杂，因为肠道微生物的大量多样性之间存在着一种微生物代谢物生产者和消费者之间持续反馈的串扰。
例如，γ-氨基丁酸GABA——（中枢神经系统的主要抑制递质）可以由肠道微生物从饮食前体(如谷氨酸)合成，但它被用作支持该生态位中其他生物生长的营养素。
✦减轻疼痛
神经调节的精神生物学已经被提出，通过体外实验和在大鼠模型上的进一步验证，表明嗜酸乳杆菌菌株（Lactobacillusacidophilus NCFM）能够在肠道水平诱导鸦片样物质和大麻素受体的合成，从而作为一种镇痛药减轻疼痛。
✦调节焦虑
对无菌小鼠口服乳酸菌(Lactiplantibacillus plantarum PS128) 可增加小鼠大脑特定区域的多巴胺和血清素水平，并调节动物的焦虑样行为。
关于能够产生γ-氨基丁酸(中枢神经系统的主要抑制递质)的益生菌，已经在一些乳酸菌和双歧杆菌中描述了不同的代谢途径，其中Levilactobacillus是迄今为止量化产量最高的物种。
不同的策略，如优化培养基组成，可用于提高其他物种的γ-氨基丁酸产量。此外，其中一些乳酸菌也被用于发酵乳制品，以改善这种神经递质在食物中的合成。
//建议
通过γ-氨基丁酸前体的生物转化将食物与γ-氨基丁酸进行天然生物强化，以及使用食物或补充剂作为在肠道中输送能够合成γ-氨基丁酸的益生菌的载体，可能是调节大脑活动的一种策略。
上述的一些证据已经证明，发酵食品、健康的饮食模式、益生菌、益生元以及后生元等都是促进肠道健康的重要因素。通过食用这些食物和补充这些营养素，可以增加肠道内有益菌的数量和种类，并在一定程度上抑制病原相关菌群的丰度，维持肠道菌群的平衡，从而促进肠道健康。
饮食在塑造肠道微生物群的组成和活性方面起着重要作用，对营养饮食与健康肠道微生物组之间相互作用的深刻理解，将为我们理解其在疾病预防和治疗中的作用奠定基础。
任何饮食的好处都将在很大程度上取决于此人的微生物组，每个人根据自己独特的肠道微生物群摄入不同的饮食的方式，将会使我们迎来新时代的饮食模式。
除了肠道健康之外，针对多个健康维度例如提升免疫力，改善情绪，体重管理，皮肤管理等领域产品和食品的需求都在日益提升，这些与肠道微生物组之间又都存在密不可分的关联。因此基于肠道微生物组重要性的开创性研究，可能会从根本上改变消费者偏好及健康食品行业的走向。
主要参考文献
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Fiore, W., Arioli, S., Guglielmetti, S., 2020. The neglected microbial components of commercial probiotic formulations. Microorganisms 8, 1177.
谷禾健康
许多流行病的爆发都是病毒引起的，面对新的传染性基因组出现的最佳策略是及时识别，以便于在感染开始时立即实施相应措施。
目前可用的诊断测试仅限于检测新的病理因子。适用于同时检测存在的任何病原体的高通量方法可能比使用基于当前方法的大量单独测试更有优势。
宏基因组学测序、全基因组测序和靶向深度测序是目前用于病毒遗传鉴定和表征的最佳工具。通过使用这些技术，可以正确的对病毒进行分类，确定其变异性，识别与毒性相关的病毒遗传标记，并在现有知识的基础上考虑抗原性和对抗病毒药物的易感性。
尽管宏基因组学领域取得了巨大进步，但对于具体数据分析任务应使用各种方法中的哪一种，仍缺乏共识。
本文重点描述了宏基因组生物信息数据处理所需要的工具，以便于改善使用宏基因组学识别动物来源样本中新出现、再出现和未知的新病毒。
什么是宏基因组学？
宏基因组学是下一代测序的一个领域，可以识别微生物群落，以及基因检测、识别和表征致病因子。它已被证明是病毒遗传特征的关键因素，并导致了使用传统培养技术无法完成的发现。
目前的分子检测使用特定的引物或探针针对有限数量的病原体，而宏基因组学可以接近样本中存在的所有 DNA 和 RNA 分子，从而能够分析相应的宿主基因组及其微生物集合。
在宏基因组组装中鉴定病毒有五个主要步骤：
宏基因组分箱是在物种注释之前可选的附加步骤。分箱的目的是根据根据序列的起源对其进行聚类。
根据这些步骤，列举出以下目前使用较多的主流工具。
宏基因组学的第一步将是执行序列QC，因为从分析中消除技术错误是必不可少的。
此步骤的主要目的是识别不需要的接头序列、过短的序列、低质量的序列或核苷酸以及其他可能存在的数据。根据数据类型，在这一步中可以使用以下几种工具：
对于短读，可以使用FastQC执行质检 (https://www.bioinformatics.babraham.ac.uk/projects/fastqc/) ，它可以检查序列的质量并生成总结报告。
其他QC程序也可以提供相同类型的报告，如MultiQC，它具有与FastQC相同的功能，但有一个主要区别，它可以同时合并多个fastq的QC报告，生成一个总的报告。
对于长读，可以使用longQC或MinionQC来检查序列质量，这两个工具已经应用于从纳米孔的MinION或其他长读取测序仪中获得的数据。
—— 低质量序列修剪工具
序列质检后，就需要修剪工具，删除低质量序列和接头序列。可供使用的工具如下图。
对于短读，常用的是Trimmomatic，其次是Cutadapt和Fastp。
对于长读，NanoPack可用于处理长读数据并可视化QC结果。与Nanopack功能相同的是SequelTools。
——删除测序数据中非靶向或污染序列的工具
删除不感兴趣的序列，这些序列可以从各种来源获得。在对病毒序列的分析中，必须删除宿主序列和被污染序列，它可以减少假阳性，并可以防止嵌合病毒-宿主序列的组装。
如下图，通常使用序列比对的工具：
对于短读，可以使用BWA、bowtie2和BBMap等。
其它工具如FastQ-Screen，可以以fastq格式比对自定义参考序列。
(https://www.bioinformatics.babraham.ac.uk/projects/fastq_screen/)
对于长读，可以使用BWA和BBMap，也可以选择特定的minimap2。
也有专门用于识别和修剪特定微生物类群序列的工具，这类工具通常已包含参考基因组序列，一旦比对上，将通过内置的过滤程序丢弃掉。比如VirusHunter(https://bio.tools/virushunter)，用于识别NGS数据中的病毒序列。
某些情况下，可能需要从宏基因组数据中删除非靶向分类群的其他RNA序列类型，如核糖体(rRNA)，线粒体(mtRNA)，或mRNA类型。这时可以用RiboDetector (https://github.com/hzi-bifo/RiboDetector)，因为它专门识别rRNA，从而可以过滤掉rRNA以改进后续分析。
另一种方法是在组装前对序列进行物种注释。使用这种策略，可以过滤掉病毒以外的序列，保留病毒序列以供进一步分析。可以使用kraken2和kaiju。
为了更好的进行物种注释和识别存在的病毒，对序列进行组装，生成contigs，以提供更长的连续序列。宏基因组学中使用的组装类型主要为de novo，即从头基因组组装。
可使用的工具如下图：
对于短读，推荐MEGAHIT，这是一个针对宏基因组优化的生物信息学组装工具，或者metaSPADES和IDBA-UD，它们也针对宏基因组进行了优化。
除了de novo，还有一种基于参考的组装，也可以用于宏基因组学。只是，并不是在所有情况下都可以获得合适的参考基因组，而且这种方法不能识别新的病毒或以前没有测序的病毒。
对于长读，推荐metaFlye、Canu和NECAT，这些工具可以用于各种技术下产生的数据格式，从纳米孔测序到PacBio，甚至在高保真序列。
对于混合组装，也就是将短读和长读的两个特性结合起来的组装，推荐OPERA-MS和HybridSPADES工具，它们都是用De Bruijn图算法实现的。
宏基因组组装完成，就应该确定组装的质量。用于此目的的工具可以分为两大类：
一类是需要参考基因组的工具，例如MetaQUAST，它使用参考来计算组装的统计信息。一般而言，在宏基因组学研究中，可能很难使用参考基因组，因为通常没有可用的参考基因组或参考基因组的质量很差。
不需要参考基因组的方法，例如DeepMAsED，它使用机器学习来识别错误装配，或者REAPR，是一种使用映射的配对端读长来评估基因组组装准确性的工具。常用的还有BUSCO和CheckM。
最后，VALET(https://github.com/marbl/VALET)可以用于检测宏基因组数据中的误组装，因为它可以根据覆盖范围对contigs进行分类，并避免由于覆盖深度不均匀而导致的假阳性和假阴性。
在宏基因组分析中识别病毒的一个重要步骤是进行物种注释。实现这一步骤的主要方法有两种：
两种方法各有优缺点：
在使用contig(即使用组装序列)进行的物种注释中，分类的对象是较长的序列，它存在一些contigs可能是嵌合的风险。
而直接对reads进行物种注释的统计学意义较小，虽然分析了大量的序列，但序列较短，这种方法可以提供更多样化的结果，只是计算成本会更高。
对于已知病毒的识别，一种是基于k-mer，直接使用参考数据库与reads/contigs进行比对，如kraken2、bracken、CLARK和Centrifuge，
另一种是先翻译序列，然后与参考蛋白质数据库进行比对，如kaiju、DIAMOND和MMseqs2。
还有基于算法的，如BLAST或DUDes，它们使用DUD(Deepest Uncommon Descent)算法。
使用基因标记的，如MetaPhlAn4、IGGsearch和GOTTCHA。
也有专门用来研究病毒组的工具，如VirusTaxo、Metavir2和DeepVirFinder，其主要算法是卷积神经网络(CNN)。
其中如MetaPhlAn4和MCP (Microbiota Community Profiler)，包含未知的宏基因组组装基因组的序列，而MCP只能用于识别微生物区研究中的细菌、古菌、真核生物和病毒序列。
由于每个用于物种注释的工具的性能都不同，且都使用了各种算法和参考数据库，所以这种多样性也会导致不一样的结果、耗时和计算成本。
▪ 基于k-mer的物种注释工具似乎是计算效率最高的，虽然它们需要很大的内存。
▪ 基于标记的，对内存的要求较低，但它们只能对来自特定区域的reads/contigs进行注释分类。
▪ 基于比对的工具要比其他的计算成本更高。
对于新型病毒的识别，现在也有不需要任何参考就能识别病毒序列的工具，即:
• VirSorter(https://github.com/simroux/VirSorter)
• VirFinder(https://github.com/jessieren/VirFinder)
VirFinder是一个基于k-mer的R包，可以以较好的预测识别病毒的contigs；
而VirSorter可以在不同的微生物数据集中识别新的病毒序列。
宏基因组分箱
在物种注释之前可以选择是否执行分箱(binning)。
分箱的主要目的是根据物种对contig进行聚类。根据数据类型，可使用的工具如下图：
CONCOT，它可以根据核苷酸组成和覆盖率数据对宏基因组contigs进行聚类。
GraphBin，它使用组装的连通性信息对contig进行集群化。
但宏基因组分箱并不局限于contigs，对于长读，可使用MEGAN-LR、BusyBee或LRBinner。
近年来，宏基因组学领域取得了许多进展，新技术可以帮助研究人员发现新的病毒，预测疫情，诊断某些疾病等。
长读测序平台也在快速发展，以得出更可靠的结果助力宏基因组分析。虽然已有许多工具和流程被开发出来以便更快更简单地进行数据分析，但还需要进一步发展，例如在数据处理分析中的通用指南的建立，因为虽然出于同一种目的而开发的工具，但由于计算过程不一样，它们在不同任务中的性能缺乏共识。此外，重要的是保持相关数据库的更新与维护。
宏基因组学检测人类样本中任何基因组（包括细菌、病毒、寄生虫和真菌）的能力，对于传染病的诊断具有重要意义。宏基因组学方法也已应用于其他几个研究领域：环境研究（如海洋样本、土壤、污水、农场灰尘） ；7000 年前青铜时代人类样本中的病毒感染；健康、疾病和法医调查中人体肠道微生物组的特征；临床研究 ; 以及新病毒病原体的发现，例如 SARS-CoV-2等。
Ibañez-Lligoña M, Colomer-Castell S, González-Sánchez A, Gregori J, Campos C, Garcia-Cehic D, Andrés C, Piñana M, Pumarola T, Rodríguez-Frias F, Antón A, Quer J. Bioinformatic Tools for NGS-Based Metagenomics to Improve the Clinical Diagnosis of Emerging, Re-Emerging and New Viruses. Viruses. 2023 Feb 20;15(2):587. doi: 10.3390/v15020587. PMID: 36851800; PMCID: PMC9965957.
谷禾健康
在目前的审美中，无论男性或女性的肥胖都是不太加分项。除此之外，肥胖还被认为是几种疾病的重要标志物，特别是高血压、2 型糖尿病 (T2DM) 和代谢综合征，肥胖在这些疾病中发挥着明确而重要的病理作用。
肥胖的发生有多种病因，其中遗传倾向、错误的饮食习惯（脂肪食物）和生活方式（缺乏运动）是重要的。除此之外，某些激素失衡和某些药物的副作用也有助于肥胖的形成和发展。但可惜这些致病因素无法解释所有肥胖的原因。
因此，世界范围内的研究正在继续寻找和探究，旨在找出上述因素以外的因素，以便对肥胖实行更好的管理和补救措施，从而防止这一世界性流行病的发展和由于其导致的严重病理负担。
治疗肥胖有多种方法，包括饮食控制、基于激励的锻炼计划和胃绕道手术等，但并不适用于所有人。
最新研究进展揭示了肠道微生物群的构成和代谢与肥胖发生之间存在的关系。肠道微生物会帮助消化大部分食物，将其转化为营养物质、神经递质、维生素、激素等。肠道微生物组通过这些代谢物，可以影响几乎所有代谢活动。
短链脂肪酸作为肠道菌群代谢产物之一，在肥胖中发挥重要作用，本文一起来了解一下。
短链脂肪酸(SCFA)是身体和饮食中的一种脂肪酸。链长是指化合物主链中的碳原子数 (C)。
短链脂肪酸(SCFA)：5 个或更少的碳原子
中链脂肪酸(MCFA)：6 至 12 个碳原子
长链脂肪酸(LCFA)：13 至 21 个碳原子
极长链脂肪酸(VLCFA)：22 个或更多碳原子
短链脂肪酸是少于 6 个碳 (C) 原子的脂肪酸。
其中乙酸盐 (C2)、丙酸盐（C3）和丁酸盐 (C4)是主要的短链脂肪酸，是在结肠中碳水化合物的细菌发酵过程中形成的。
短链脂肪酸的存在会使回肠（小肠末端）到盲肠（大肠起点）的肠道 pH 值降低，从而防止有害细菌（如肠杆菌科和梭状芽胞杆菌）过度生长。
短链脂肪酸有助于修复“肠漏”，通过增加粘蛋白 2 (MUC-2) 的分泌来加强肠壁，从而防止LPS穿过屏障。
目前肠道微生物组，已经被视为是免疫系统和部分能量调节器的 “器官”。肠道微生物群促进消化和食物吸收以产生宿主能量 ，并提供维生素和短链脂肪酸。
短链脂肪酸是由肠道中的友好细菌产生的，它们是结肠细胞的主要营养来源。
在结肠中存在的总短链脂肪酸中，健康人体内的90%-95%是乙酸盐、丙酸盐和丁酸盐。
大多数短链脂肪酸在结肠中被吸收，与碳酸氢盐交换。短链脂肪酸是酸性的，而碳酸氢盐是碱性的。
关于短链脂肪酸和体重的信息存在一些相互矛盾的信息：
总体而言，丁酸盐似乎对肥胖具有广泛的保护作用，丙酸盐具有混合关联，而乙酸盐与体重增加有关。
肥胖个体的粪便中短链脂肪酸浓度比瘦的个体高 20%。根据一些研究人员的说法，这可能反映了一种针对肥胖的补偿性保护机制，其中更多的量从粪便中排出。这将防止肠道中短链脂肪酸的积累增加，这可能导致体重增加。
丁酸盐和丙酸盐等短链脂肪酸会增加肠道激素胰高血糖素样肽 1 ( GLP-1 ) 和多肽 YY ( PYY ) 的形成。这些通过降低食欲来减少食物摄入量。丁酸盐和丙酸盐主要是抗肥胖的。
▼丁酸盐
丁酸盐主要被结肠细胞用作主要的能量来源。
丁酸盐的产生受产丁酸菌数量和大肠 pH 值的影响。丁酸盐主要由肠道中的厚壁菌门细菌产生，会影响大脑中的基因表达。产丁酸菌似乎在更酸性的环境（较低的 pH 值）中茁壮成长，而乙酸和丙酸盐细菌似乎在更碱性的环境（更高的 pH 值）中茁壮成长。
在结肠细胞的线粒体中，70%～90%的丁酸被氧化成乙酰辅酶A，随后通过三羧酸循环产生大量的ATP。丁酸盐已被发现可增加线粒体活性，预防代谢性内毒素血症，提高胰岛素敏感性，抗炎潜力，增加肠道屏障功能并防止饮食引起的肥胖。
除此之外，研究人员还在研究丁酸盐对抗自身免疫、癌症和心理障碍等方面的潜力。
▼丙酸盐
丙酸盐还通过门静脉循环到达肝脏，用于产生葡萄糖。丙酸盐是肝脏进行糖异生的主要能量来源，激活三羧酸循环，改变下丘脑食欲调节神经肽的表达谱，也能刺激脂肪组织增加瘦素的表达与释放。
丙酸盐已观察到可能促进或抑制肥胖的作用，但总体而言，它似乎对肥胖具有保护作用。
丙酸盐可抑制胆固醇合成，从而拮抗乙酸盐的胆固醇增加作用，并抑制脂肪细胞中抵抗素的表达。而且，已发现这两种短链脂肪酸通过其对厌食性肠道激素的刺激作用和增加瘦素的合成来引起体重调节。
▼乙酸盐
在所有三种短链脂肪酸中，乙酸盐似乎显示出更多的致肥胖潜力。它充当脂肪生成和胆固醇合成的底物。高脂肪饮食增加了 LPS 的吸收，而 LPS 又被发现与代谢性内毒素血症有关，并诱发炎症导致肥胖。
肠道中相当大比例的乙酸盐很容易被吸收并到达肝脏（通过门静脉循环），在那里它被用来制造胆固醇。
人体研究表明，在6名志愿者的饮食中给予乳果糖（经微生物群代谢产生大量乙酸盐）2周后，总胆固醇和LDL胆固醇、ApoB和血液中的乙酸盐水平均显著升高。
虽然乙酸盐主要是致胖的，但它也有一些可以防止肥胖的特性，其作用低于丁酸盐和丙酸盐。根据一些研究人员的说法，它可能通过增加GABA来对抗下丘脑（弓状核）的体重增加。
肥胖动物和人的微生物群落多样性较低，拟杆菌门、疣微菌的百分比较低，厚壁菌门和放线菌的百分比较高。但是其中一些结果没有并不能在所有研究中重现。
种属层面：
<来源：谷禾健康肠道菌群检测数据库>
以下微生物导致肥胖的证据较少：
与较瘦的受试者相比，肥胖小鼠和人类体内的产甲烷古菌含量更高。
M. smithii与B. thetaiotaomicron的共定植导致膳食果聚糖发酵成乙酸盐，从而显着增加脂肪生成。
M. smithii存在于 70% 的人类中，它会产生甲烷。已发现通过去除氢原子来增强多糖和其他碳水化合物的发酵，导致更多的短链脂肪酸产生，从而增加它们的吸收。这些短链脂肪酸作为额外的能量来源发挥作用，可能导致体重增加和随后的肥胖。
与瘦受试者和胃绕道手术后的受试者相比，肥胖个体的产氢普雷沃菌科（一种拟杆菌门）和甲烷杆菌目（古细菌，它们是一种氧化产甲烷菌）的数量处于较高水平。研究人员假设氢气减少了，这使得短链脂肪酸的产量更高。这导致更多的能量被肠道吸收。
已发现肥胖人类和小鼠的肠道菌群特征如下：
▼直接含有短链脂肪酸的食物
主要来源是乳制品，黄油等，其中含有丁酸盐。例如，黄油大约含有 3% 至 4% 的丁酸。这听起来可能不多，但它比大多数其他食物都多。推而广之，酥油还含有丁酸。
其他类型的乳制品也很重要。开菲尔和酸奶通常含有益生菌。这些益生菌可以帮助提高短链脂肪酸水平，只要没有乳糖吸收问题。
然而需要注意的是，以上食物如黄油类的并不能多吃，而通过食物改善肠道菌群组成，从而增加短链脂肪酸是相对有效和安全的方式。
因此，饮食方式对于调节体内短链脂肪酸较为重要，低碳水化合物、高脂肪（或高蛋白）饮食可能降低丁酸盐的产量，因为这样的饮食方式可能会剥夺肠道中产丁酸的细菌最喜欢的食物。那么具体该怎么吃？
▼通过菌群调节增加短链脂肪酸的食物
吃大量富含纤维和抗性淀粉类的食物，例如水果、蔬菜和豆类，与短链脂肪酸的增加有关。其中每一种都是由许多不同的底物（食物中的元素）产生的，并且影响不同的肠道微生物，进而影响不同的短链脂肪酸的产生，在调节体重方面发挥着不同的作用。
一项针对 153 人的研究发现，植物性食物摄入量增加与粪便中短链脂肪酸含量增加之间存在正相关关系。
▼纤维摄入量和类型间接影响短链脂肪酸生成
摄入的纤维量和类型会影响肠道细菌的组成，进而影响短链脂肪酸的产生。例如，研究表明，多吃纤维会增加丁酸盐的产量。
以下类型的纤维最适合在结肠中产生短链脂肪酸：
菊粉：进食菊粉刺激肠道菌群中芽孢杆菌属和拟杆菌属的细菌，产生短链脂肪酸显著提高。菊粉还能维持肠黏膜屏障的稳态，激活AMPK，缓解糖脂代谢紊乱，恢复免疫监控，防止肥胖等代谢性综合征的出现。
低聚果糖 (FOS)：低聚果糖主要用作替代甜味剂。
抗性淀粉：抗性淀粉具有许多优点，与肠道健康特别相关，一些研究人员认为，吃富含抗性淀粉的饮食可以促进产丁酸菌的生长。抗性淀粉如绿色香蕉，还可以帮助降低血糖水平。
果胶：水果是果胶的最主要来源——通常含有 5% 至 10% 的果胶。
阿拉伯木聚糖：阿拉伯木聚糖存在于谷物中。
阿拉伯半乳聚糖，也称为甘露半乳聚糖，是一种有助于为肠道提供短链脂肪酸的糖类。
瓜尔豆胶跻身提供短链脂肪酸的食品之列。瓜尔豆胶是一种增稠剂，来自一种豆类。极少量的瓜尔胶对肠道有益，但大量会导致腹胀和胀气。
目前还有短链脂肪酸补充剂。最常见的类型是丁酸盐，如丁酸钠。这些补充剂是直接提供，而不是让身体去产生它。可能存在的问题是，使用这种类型的补充剂，丁酸盐通常在化合物到达结肠之前很久就被吸收了。这可能意味着带来的健康效果不佳，但是不能排除部分情况下补充剂可能仍然有用。
每种食物都有自己独特的营养成分，保持饮食多样性可以最大程度避免某些营养物质的缺乏。
一般人对饮食和补充剂的反应各不相同，因为每个人都有独特的“健康密码”。可能有些人吃了抗性淀粉或者高膳食纤维食物会出现腹胀，胀气等问题，可以进行肠道菌群健康检测，查看是哪些菌群超标可能带来的消化道问题。
需要深度挖掘自己的健康信息，并找到可能导致慢性健康问题的原因，然后根据个性化的建议调整，从而帮助达到最佳健康状态。
主要参考文献
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How Your Gut Microbiota Can Make You Fat (or Thin)，Last updated: August 24, 2022，selfhacked
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谷禾健康
双歧杆菌
双歧杆菌属（Bifidobacterium）是放线菌门严格厌氧的革兰氏阳性多形性杆状细菌。末端常常分叉，故名双歧杆菌。是人和动物肠道的重要核心菌群和有益生理菌群，也是母乳喂养婴儿中发现的第二大菌。
肥胖、糖尿病和过敏等各种疾病都与生命各个阶段的双歧杆菌数量减少有关。双歧杆菌有助于改善消化问题，抗菌和病毒、抗炎、改善血糖控制，降低血脂水平，提高免疫力，表现出抗氧化活性，有助于预防湿疹，缓解压力和过敏。
从代谢的角度来看，该属比较典型的特征是单糖的分解代谢（即所谓的果糖 6-磷酸途径），主要发酵葡萄糖产生乳酸和乙酸和少量乙醇。
重要的是，双歧杆菌产生硫胺素（维生素B1）、核黄素（维生素B2）、维生素 B6和维生素 K。可能还具有合成叶酸、烟酸（维生素B3）和吡哆醇（维生素B6）的能力。双歧杆菌代谢产物还包括γ-氨基丁酸 (GABA)和生物素。比如青春双歧杆菌是人体肠道微生物群中 GABA生产的关键成员。
by Kateryna Kon
食用双歧杆菌食品可以通过降低胃 pH 值（促进矿物质的电离，这是矿物质的吸收所必需的）来提高某些矿物质的生物利用度，包括钙、锌和铁。
多种因素会导致人体肠道内双歧杆菌变化
导致减少的因素包括：
增加双歧杆菌的因素包括：
补充益生菌：可以通过食物或药物的方式补充益生菌，可以增加肠道内双歧杆菌。
吃发酵食品：多吃发酵食品，如酸奶、奶酪、泡菜，适量葡萄酒等，可以增加肠道内双歧杆菌。
增加特定膳食补充剂，比如低聚果糖，抗性淀粉，白藜芦醇、镁、绿茶、水苏糖，杏仁/杏仁皮、岩藻多糖、大麦、菊芋、阿拉伯木聚糖、菊粉等
多样性饮食，摄入足够的蔬菜、水果、豆类和全谷物，定期摄入奶制品。
合理运动和良好睡眠，清洁的水源等。
存在于不同生态位的双歧杆菌物种与其宿主之间有不同的生态关系
抗生素敏感性
药敏实验显示双歧杆菌对多种抗生素敏感，如氯霉素、四环素、红霉素等，但对氨苄青霉素、庆大霉素、痢特灵、丁胺卡那霉素、新霉素、环丙沙星等抗生素耐受。
应用
目前双歧杆菌制剂已经广泛应用于保健食品、医药等领域。比如双歧杆菌药品、双歧杆菌与药成分搭配的保健药品、双歧杆菌与双歧因子搭配的保健食品以及双歧杆菌与寡糖、葡萄糖酸、精氨酸配合，对青春双歧杆菌有选择的增殖作用，发挥特有的免疫赋活功能等。
开发价值
未来还可能扩大双歧杆菌利用面，促进双歧杆菌向多元化方向发展。比如双歧杆菌富含B族维生素，该菌的代谢产物富含(L+)乳酸和一些酶类，可用来生产微生态护肤品或其他化妆品。除用于特定保健食品和医药外，在畜业、水产业和肉制品加工中也广泛应用，也大有开发价值。
通过补充益生菌或益生元调节双歧杆菌水平可以改变肠道微生物群的整体组成和代谢。但是双歧杆菌介导的健康益处是双歧杆菌、肠道微生物群的其他成员和人类宿主之间建立的复杂动态相互作用的结果。值得强调的是，某些双歧杆菌定植特征受肠道因素调节，包括其他微生物的存在。
这体现在具有不同肠道微生物群组成的个体似乎对双歧杆菌补充剂的反应不同，这一事实提供了双歧杆菌-肠道微生物群串扰存在的进一步证据。
本文主要讨论和介绍双歧杆菌的菌属特性，生态代谢特征，对人体的健康特性以及影响双歧杆菌在体内定植的主要因素。
—正文—
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双歧杆菌属于放线菌目，双歧杆菌在细胞壁类型上与其他放线菌（如链霉菌和诺卡氏菌）是分开的；双歧杆菌被指定为具有 VIII 型细胞壁（鸟氨酸浓度相对较高）。
属水平
双歧杆菌属（Bifidobacterium）于 1899 年首先由 Tissier 从母乳喂养婴儿的粪便中分离出来，并命名为Bacillus bifidus。
然而，由于它们与乳杆菌相似的形态和生理特征，在 20 世纪的大部分时间里它们被归类为乳杆菌属的成员，直到最近才被认为是和乳杆菌不同的属。
种水平
随着鉴定方案的技术改进和微生物系统学信息的扩展，该属中已定义物种的数量已经稳步增加。
Bergey 的系统细菌学手册(1986) 鉴定了 24 种不同的双歧杆菌。在这些物种中，被认为主要起源于人类的类型有以下种：
B.bifidum、B.longum、B.infantis、
B.breve、B.adolescentis、B.angulatum、B.catenulatum、B.pseudocatenulatum 、B.dentium 。
大多数这些物种在人类结肠中占主导地位，随后可以在粪便和污水中找到。
在2004共列出了 33 种双歧杆菌；大多数新添加的物种都是从动物来源中分离出来的。
截止2020年已在该菌属在分类学上已鉴定出 78 个种和 10 个亚种，而且这个数字每年都在上升。
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双歧杆菌是革兰氏阳性、不运动、过氧化氢酶阴性、不形成孢子和非还原细菌的多样化菌属。是厌氧菌和多形性细菌，具有单细胞、链、聚合物形、V 形或 Y 形或栅栏形等多种排列方式。
适宜生长条件
人源双歧杆菌的最适生长温度为 36 至 38 °C，而动物源双歧杆菌的最适生长温度为 41 至 43 °C。但蒙古双歧杆菌和嗜冷双歧杆菌除外，它们分别可以在 15°C 和 8°C 下生长；最高生长温度为 43–45°C，但嗜热双歧杆菌除外，其最高生长温度为 49.5°C。
双歧杆菌的最适生长 pH为 6.5–7.0。pH 值低于 4.5–5.0 或高于 8.0–8.5 时不会一般发生生长。嗜热双歧杆菌除外，它可以在 pH 4.5 下生长或 pH 8.0–8.5 下不生长。
双歧杆菌菌落与乳酸菌易混淆
在琼脂平板上，双歧杆菌的菌落与乳酸菌（尤其是乳酸杆菌）的菌落非常相似，容易混淆，经常被错误地称为乳酸菌的一员；然而，双歧杆菌与发酵食品生产中使用的传统乳酸菌都没有密切关系。
与乳酸菌相比，双歧杆菌的耐酸性较差，它们的生长不能称为“兼性厌氧”。双歧杆菌确实会通过碳水化合物的发酵产生乳酸，但通常产生的乙酸量高于乳酸，并且所使用的分解代谢途径不同于乳酸菌所采用的同源发酵和异源发酵途径。
乳杆菌的 DNA 的平均(G+C)mol%约为 37%，双歧杆菌的平均值约为 58%。
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它们是正常人类和动物肠道菌群的天然居民，并且已经从六个不同的生态位中分离出来，双其中三个与人类和动物肠道环境直接相关：例如人类肠道、动物肠道（牛、兔、鼠、鸡和昆虫）和口腔，而其他（污水、血液和食物）可能是胃肠道污染的结果。
从不同生态位分离出来的双歧杆菌物种表
doi.org/10.2217/fon-2019-0374
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通常在我们的认知中，双歧杆菌是益生菌，但实际上，双歧杆菌与其宿主之间可以建立不同的生态关系，从机会性致病相互作用（例如齿双歧杆菌）到共生甚至促进健康的关系（例如双歧双歧杆菌和短双歧杆菌）。
在已知的促进健康的菌群中，双歧杆菌代表了最主要的群体之一，一些双歧杆菌物种通常被用作许多功能性食品中的益生菌成分。
动物双歧杆菌已被证明是在冷藏条件下保持活力的双歧杆菌物种中最顽强的物种之一，并且一些菌株已被证明可以为人类带来健康益处，但动物这个名称在暗示对人类有益方面并不易于使用，尤其是老鼠粪便作为原始来源。
在当前的文献中，人们越来越意识到双歧杆菌的潜在致病性。双歧杆菌的致病潜力尚不清楚；有报道称在免疫功能低下的宿主和肠道屏障受损的宿主中具有“败血症样图像”的侵袭性。
双歧杆菌的促炎作用
Lim HJ,et al., J Microbiol Biotechnol. 2020
先前的研究表明，最常见的引起双歧杆菌感染是长双歧杆菌和齿双歧杆菌。在儿科和成人菌血症病例中，无论是否使用过益生菌，公认的菌种是婴儿双歧杆菌、青春双歧杆菌、短双歧杆菌、长双歧杆菌和齿双歧杆菌（在较早的文献中称为埃里克森双歧杆菌）。
已经报道了由双歧杆菌引起的几种类型的感染。偶尔的感染发现还包括B. scardovii。
在一项研究中，从无菌场所分离出的 15 种推定的双歧杆菌分离株或大量存在的双歧杆菌被鉴定到物种水平，鉴定出四种：A. omnicolens、B. breve、B. longum、B. scardovii ，来自胃肠道或泌尿生殖道，B. breve来自血液。Scardovia wiggsiae 是一种新物种，与严重的幼儿龋齿有关。
在血培养分析中，双歧杆菌约占厌氧血培养分离株的 0.5-3%，截至 2015 年，文献中仅报道了 15 例成人双歧杆菌菌血症，因此，双歧杆菌还是相对安全的。
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双歧杆菌属属于放线菌门、放线菌纲（高 G+C 革兰氏阳性菌）、双歧杆菌目和双歧杆菌科。
产生B族维生素
双歧杆菌可产生硫胺素、核黄素、维生素 B6 和维生素 K。还有报道称它们具有合成叶酸、烟酸和吡哆醇的能力。这些维生素B复合物在人体中被慢慢吸收。
产生乳酸
关于含有双歧杆菌的发酵乳的营养特性的现有信息表明，与非发酵乳相比，它们的残留乳糖含量较低，游离氨基酸和维生素含量较高。它们优先含有(+)-乳酸[双歧杆菌除乙酸外还产生(+)-乳酸，而乳酸菌产生(−)-乳酸]，更容易被人体代谢。这对于 1 岁以下的婴儿尤为重要，因为在这些婴儿中代谢性酸中毒可能是一个问题。
所有与人类有关的物种都可以发酵乳糖；在考虑将双歧杆菌应用于乳制品和作为益生菌培养物以缓解乳糖吸收不良不适的预期效果时，这是一个重要特征。
主要代谢途径：果糖 6-磷酸途径
双歧杆菌使用果糖 6-磷酸途径（双歧途径）作为碳水化合物代谢的主要途径，其中Xfp是该途径的主要酶，具有双底物特异性，最终代谢产物是乙酸盐、乳酸盐和乙醇。
注：Xfp——果糖 6-磷酸磷酸酮醇酶
其他代谢途径
人们认为，双歧杆菌能够与其他胃肠道细菌竞争并在胃肠道区域的细菌菌群中占据很大比例，部分原因可能是它能够利用多种分子提供能量。双歧杆菌可能还参与的其它代谢通路如下：
2-氧代羧酸代谢
ABC转运体
丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢
氨基糖和核苷酸糖代谢
氨酰-tRNA生物合成
精氨酸和脯氨酸代谢
精氨酸生物合成
细菌分泌系统
碱基切除修复
氨基酸的生物合成
抗生素的生物合成
次级代谢物的生物合成
不饱和脂肪酸的生物合成
生物素代谢
丁酸代谢
C5-支链二元酸代谢
碳青霉烯生物合成
碳代谢
氯代烷烃和氯代烯烃降解
柠檬酸循环（TCA循环）
氰基氨基酸代谢
半胱氨酸和甲硫氨酸代谢
D-丙氨酸代谢
D-谷氨酰胺和D-谷氨酸代谢
DNA复制
芳香族化合物的降解
脂肪酸生物合成
脂肪酸降解
脂肪酸代谢
叶酸生物合成
果糖和甘露糖代谢
半乳糖代谢
谷胱甘肽代谢
甘油脂代谢
甘油磷脂代谢
甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢
糖酵解/糖异生
乙醛酸和二羧酸代谢
组氨酸代谢
同源重组
肌醇磷酸代谢
胰岛素抵抗
赖氨酸生物合成
代谢途径
甲烷代谢
不同环境中的微生物代谢
错配修复
内酰胺生物合成
萘降解
烟酸盐和烟酰胺代谢
氮代谢
非核糖体肽结构
核苷酸切除修复
一个由叶酸组成的碳库
其他聚糖降解
氧化磷酸化
泛酸和 CoA 生物合成
戊糖和葡萄糖醛酸相互转化
戊糖磷酸途径
肽聚糖生物合成
苯丙氨酸代谢
苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸的生物合成
磷酸转移酶系统 (PTS)
聚酮化合物糖单元生物合成
卟啉和叶绿素代谢
丙酸代谢
蛋白质输出
嘌呤代谢
嘧啶代谢
丙酮酸代谢
RNA降解
RNA聚合酶
核黄素代谢
核糖体
次级胆汁酸生物合成
硒化合物代谢
鞘脂代谢
淀粉和蔗糖代谢
链霉素生物合成
硫代谢
牛磺酸和亚牛磺酸代谢
萜类骨架生物合成
硫胺素代谢
双组分系统
酪氨酸代谢
泛醌和其他萜类醌生物合成
缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸的生物合成
缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸降解
万古霉素耐药
维生素B6代谢
β-内酰胺抗性
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Bifidus在拉丁语中的意思是裂开或分开（当营养受限时，细胞的特征性分叉很明显）。
双歧杆菌属的物种具有较高的 rRNA 16S 序列相似性，构成了一个连贯的系统发育单元。
2002年，来自长双歧杆菌的第一个基因组被发表，并且此后公开可用的双歧杆菌基因组数量稳步增加。截至2016年4月，共有254个公开的双歧杆菌基因组序列，其中61个代表完整的基因组序列。通过比较不同物种的基因组，揭示了该属的系统发育和进化适应性。
双歧杆菌基因组平均长度为2.2 Mb，通常编码52-58个tRNA基因和3-5个rRNA操纵子。
▼
• 通常，在婴儿肠道内以婴儿双歧杆菌和短双歧杆菌为优势菌群；
• 而在成人肠道内则缺少这两种双歧杆菌，仅有少量双岐双歧杆菌、青春双歧杆菌和长双歧杆菌存在
通过使用不同的方法和技术，已经观察到双歧杆菌的数量和多样性会随着年龄的增长而减少（当然这个目前仍然不明确）。
<来源：谷禾健康肠道菌群检测数据库>
其中能在人体肠道内定植并能用于制备保健食品的双歧杆菌主要有5种：
婴儿：双歧杆菌占90%，断奶后迅速下降
双歧杆菌通常是婴儿肠道微生物群中最丰富的分类群（高达 90%），其丰富性与对婴儿健康的各种有益影响有关，包括肠道中叶酸的产生、对疫苗接种的免疫反应增加和预防或减少过敏性疾病。
已知双歧杆菌产生的紧密粘附菌毛会刺激结肠上皮细胞增殖，从而可能影响新生儿肠道的成熟。富含双歧杆菌的健康肠道微生物群在母乳喂养期间继续存在，但相对丰度在断奶后迅速下降。
成人：双歧杆菌参与复杂碳水化合物的代谢
存在于成人肠道中的肠道双歧杆菌基因组，例如青春双歧杆菌，似乎并不包含与母乳成分利用相关的基因，相反，它们包含大量专门用于成人饮食中常见的复杂碳水化合物的代谢（例如，淀粉和淀粉衍生的碳水化合物）。
到目前为止，饮食类型（西方、亚洲、地中海）与特定双歧杆菌种类在肠道中的富集之间尚无明确关系，但据报道不同人群和国家之间存在差异。
老人：双歧杆菌物种水平变化
在老年人（百岁老人）中也提到了物种水平的变化。结果仍然有些争议。在某些地区，百岁老人的微生物群组成仍然与成年人相似，然而，也有些地方百岁老人的双歧杆菌比例高于年轻老人。
与衰老过程间接相关的其他外在因素也会影响双歧杆菌的组成。抗生素在老年人群中的长期使用无疑对肠道菌群组成产生巨大影响，从而减少双歧杆菌数量。
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双歧杆菌介导的健康益处是双歧杆菌、肠道微生物群的其他成员和人类宿主之间建立的复杂动态相互作用的结果。
这些错综复杂的相关模式尚未在分子水平上得到完全破译。因此，目前正在努力了解肠道生态系统内的代谢通量，以辨别健康和疾病中的微生物群-宿主串扰。这将为通过以微生物组为目标的方法以更精确、安全和可控的方式调节宿主健康奠定基础。
在双歧杆菌益处中，抑制肠病原体和减少轮状病毒感染是它们最确定的结果。许多体外研究表明，双歧杆菌可以通过产生有机酸、抗菌肽、群体感应抑制剂来抑制病原体, 或免疫刺激以及其他机制，为它们预防某些感染的能力提供分子线索。
双歧杆菌的抗菌作用
Lim HJ,et al., J Microbiol Biotechnol. 2020
另一个事实表明，存在一个关键的双歧杆菌-肠道微生物群-宿主串扰，即婴儿早期微生物群的建立似乎遵循一种精心策划和有组织的菌群演替模式。
与人类肠道菌群的串扰机制表现在：
第一批肠道定殖者，双歧杆菌占主导地位
有助于减少环境并产生代谢物，使其他细菌种群能够稳定地定植肠道。
和其他肠道细菌间存在显著的共生效应
多形拟杆菌能够在长双歧杆菌存在下，扩大其利用多糖的能力，这表明常驻肠道共生体能够调整其底物利用以响应对双歧杆菌。
通过补充益生菌调节双歧杆菌
通过补充益生菌调节双歧杆菌水平可以改变肠道微生物群的整体组成和代谢。
在源自人肠道的微生物群小鼠模型中补充长双歧杆菌菌株会增加丙酮酸、丁酸和生物素的产量。可能是由于长双歧杆菌和Bacteroides caccae的共存。
补充长双歧杆菌还与肠杆菌科的减少和直肠真杆菌的增加相关，支持双歧杆菌对其他肠道菌群的数量和功能的影响。
双歧杆菌分子调节肠道菌群
体外研究表明，在双歧杆菌胞外多糖存在的情况下，脆弱拟杆菌和Faecalibacterium prausnitzii（粪栖杆菌，又名普拉梭菌）会改变它们的代谢。
通过补充益生元调节双歧杆菌
通过益生元（包括菊粉、阿拉伯木聚糖、低聚半乳糖和低聚果糖）促进双歧杆菌生长，也与更高的乳杆菌-双歧杆菌与肠杆菌科比例相关，并调节短链脂肪酸，有机酸等的产生。
对益生元代谢分析，了解双歧杆菌与其他菌群的交叉喂养机制
B. longum NCC2705 和E. rectale ATCC 33656之间的交叉喂养机制，有利于双歧杆菌菌株和产丁酸菌在同一生态位中共存。为阿拉伯木聚糖寡糖的产双歧和产丁酸作用提供了新的见解。
理解双歧杆菌和拟杆菌属物种以及双歧杆菌和普拉梭菌之间的交叉喂养机制)，这将有助于理解共培养发酵的产丁酸活性。这些结果也有助于阐明益生元发酵过程中肠道内的细菌相互作用。
双歧杆菌菌株间的潜在串扰
分析长双歧杆菌和短双歧杆菌菌株之间的相互作用，证明它们对碳水化合物利用酶的产生显著影响。
双歧双歧杆菌PRL2010和短双歧杆菌UCC2003之间存在交叉喂养机制：
短双歧杆菌UCC2003不能在体外利用唾液酸作为唯一的碳源，尽管它可以以消耗唾液酸的残留物为代价生长。
双歧双歧杆菌PRL2010 从粘蛋白上裂解。事实上，对双歧杆菌属糖苷利用能力的详细分析强调了特定物种专门针对特定碳水化合物的利用，因此表明双歧杆菌物种可能在肠道内合作利用碳水化合物。
也就是说益生菌菌株的混合物可能会产生协同效应，提高它们对肠道菌群以及宿主健康发挥作用的能力。
值得强调的是，某些双歧杆菌定植特征受肠道因素调节，包括其他微生物的存在。具有不同肠道微生物群组成的个体似乎对双歧杆菌补充剂的反应不同，这一事实提供了双歧杆菌-肠道微生物群串扰存在的进一步证据。
双歧杆菌与其他菌群可能的相互影响如下：
尽管这种不同行为背后的串扰的分子机制还远未被理解，但对它们的理解将极大地帮助设计基于益生菌的疗法，即使在目前在临床试验中被归类为“无反应者”的那些亚群中也能发挥作用。
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双歧杆菌是革兰氏阳性菌，必须能够在胃肠道运输中存活下来，了解双歧杆菌对克服胃肠道应激因素的反应，对于合理选择益生菌菌株和开发分子工具箱以提高其性能至关重要。最近的发展，如表达载体和突变生成系统，以及功能基因组学和其他组学技术的巨大进步，揭示了双歧杆菌使用多种策略来适应人类肠道的特定环境条件。
▼
在通过胃肠道期间，口服益生菌会遇到各种恶劣的环境条件（下图）。这些条件危及这些有益微生物的生存，损害它们的生存能力和功能。这些包括消化酶、胃中的酸性 pH 值、防御素和肠道中高浓度的胆汁盐。
人类胃肠道的示意图和双歧杆菌对各种环境因素或生态位的反应
低 pH 值
胃液成分造成的强酸性条件是双歧杆菌在胃中应对的首要障碍之一。除动物双歧杆菌和嗜酸双歧杆菌外，双歧杆菌对酸的耐受性较低。因此，益生菌的使用需要分离具有良好耐酸性的菌株，这些菌株通常对其他技术和胃肠道应激因素表现出交叉抗性。
细菌可能通过一系列酸诱导机制对随后的酸胁迫产生耐受性。双歧杆菌中这种耐酸反应 (ATR) 的分子机制在部分研究中已经被报道。长双歧杆菌中的乳酸和酸适应与 F0-F1-ATP 酶亚基的过量产生有关，这通过增加的 H + 排出活性来抵消这种 H + 积累。
注：暴露于低pH值会影响质子动力，导致H+在细胞内积累。
在双歧杆菌中发现了环境条件（例如可发酵碳源的可用性或生长期）对酸耐受性的强烈影响。这突出了体外模型模拟双歧杆菌在肠道中面临的条件的局限性。
胆汁
胆汁的存在是双歧杆菌在肠道中必须面对的生理障碍之一。胆汁酸是这种生物体液的主要成分，它们具有类似洗涤剂的抗菌特性。这些酸在细胞质中的积累会影响细胞的稳态，导致离子泄漏。
双歧杆菌对这种肠道疾病的抵抗力取决于物种，尽管它们可以通过接触胆汁获得稳定的抵抗表型。这个过程经常涉及对其他压力因素的交叉抗性的出现、抗生素抗性模式的改变、碳水化合物代谢、细胞表面结构和组成，以及它们与肠道生态系统的相互作用等。
酶和抗菌肽
双歧杆菌在胃肠道中存活和功能受到多种因素的影响，其中包括消化酶（如胃蛋白酶和胰酶）、肠道抗菌肽（如防御素和导管素）以及某些益生菌的刺激。
研究表明，消化酶可能影响双歧杆菌的粘附，而肠道抗菌肽可能影响双歧杆菌的存活和功能，但其机制尚未完全了解。
某些益生菌会刺激肠道防御素的产生。B. animalis亚种lactis Bb12导致人体中 β-2-防御素的产生增加，这可能解释了双歧杆菌预防某些感染的能力。
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微生物对肠粘膜的粘附是定植过程中的一个重要特征，并且与菌株与宿主相互作用的能力有关。因此，对粘膜的粘附经常被用作选择益生菌菌株的标准。
菌株的粘附能力似乎对免疫调节和竞争性排斥病原体也很重要。肠粘膜的外部区域由覆盖上皮细胞的粘液层组成。这种粘液富含糖蛋白和糖脂，为细菌粘附提供了丰富的目标，包括碳水化合物部分。
竞争性排除肠道病原体
一些益生菌与肠道病原体共享碳水化合物结合特异性，这为使用益生菌对抗过度竞争的病原体以预防感染提供了明确的理由。因此，对人肠粘液和/或人肠上皮细胞系的粘附一直是评估细菌粘附的最常用模型。在这方面，某些双歧杆菌菌株具有从肠道细胞和人体肠道粘液中竞争性排除肠道病原体的能力。
细菌粘附到胃肠道粘膜的机制很复杂，涉及非特异性现象，细胞壁特性和组成以及粘附素的存在等因素，构成了菌株粘附粘膜能力的最重要决定因素。
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双歧杆菌在预防疾病方面的作用仍在研究中，但它们的一些有益作用包括：
doi.org/10.3389/fbioe.2021.770248
补充双歧杆菌也被证明可以增强肠道新陈代谢，理论支持两者之间的协同相互作用双歧杆菌和其他有益的肠道菌种。
✔ 治疗消化系统疾病中发挥作用
在消化系统中可以看到双歧杆菌最流行的治疗效果之一：
在因使用抗生素而出现腹泻的婴儿中，含有双歧杆菌和嗜热链球菌的益生菌配方可显著降低腹泻的发生率。
施用婴儿双歧杆菌CECT 7210 和短双歧杆菌K-110 可成功抑制轮状病毒并治疗腹泻。
双歧杆菌的抗病毒作用
Lim HJ,et al., J Microbiol Biotechnol. 2020
动物双歧杆菌已发现发酵乳制品中的双歧杆菌可以改善结肠规律性，这引发了关于双歧杆菌是否可以帮助治疗便秘的问题。
✔ 治疗感染疾病中发挥作用
双歧杆菌已被证明对产气荚膜梭状芽孢杆菌、肠病原性大肠杆菌和轮状病毒具有作用。双歧杆菌的另一种普遍尝试的临床应用涉及粪便移植作为治疗复发性艰难梭菌结肠炎的方法。
研究进一步表明双歧杆菌在预防艰难梭菌相关性腹泻、改善幽门螺杆菌根除（与抗生素治疗相结合）以及降低结肠手术后术后感染率方面的功效。
虽然作用机制尚不清楚，但研究报告称，双歧杆菌可减轻炎症性肠病的症状，缓解溃疡性结肠炎，并降低早产儿坏死性小肠结肠炎的发生率。尽管溃疡性结肠炎症状有所改善，但益生菌在克罗恩病的治疗中没有显示出益处。
双歧杆菌属的抗炎作用
Lim HJ,et al., J Microbiol Biotechnol. 2020
✔ 治疗肝病中发挥作用
双歧双歧杆菌可能通过帮助重建肠道菌群在慢性肝病的管理中发挥作用，肠道菌群是肝硬化期间受到干扰的环境。在这些患者中，含双歧杆菌的益生菌补充剂可有效预防肝性脑病的发展，但无法确定对总体死亡率的影响。
✔ 免疫反应中发挥作用
双歧杆菌也可能在刺激宿主的免疫反应中发挥作用：给予长双歧杆菌的小鼠产生了 T 和 B 淋巴细胞的显著增加，以及巨噬细胞吞噬活性的增加。有趣的是，已发现乳糜泻患者肠道微生物组中的双歧杆菌水平较低，并且在一些研究中，益生菌给药可降低 TNF-α 水平并改善症状。
B. animalis、B. longum 和B. bifidum的某些菌株在体外和体内实验中展示的对免疫功能影响的示意图
doi.org/10.3389/fmicb.2017.02345
✔ 治疗过敏性疾病中发挥作用
服用含双歧杆菌的益生菌后，患有特应性皮炎和过敏性鼻炎症状的儿童得到改善。还对高危婴儿的特应性皮炎的预防进行了研究，一些证据表明对产前或产后妇女给予益生菌有益。
✔ 治疗代谢性疾病中发挥作用
双歧杆菌对糖尿病、肥胖症和高脂血症的有益作用也得到了研究，证据显示其对普通人群的血糖水平和胰岛素抵抗具有有益作用，同时还能降低孕妇妊娠糖尿病的发病率。
一些数据也已发表，显示含有双歧杆菌的补充剂在降低胆固醇水平方面的功效，尽管更多的证据表明其他益生菌菌株的功效更大。双歧杆菌属，也显示出对减轻体重和减少体脂有益。
✔ 治疗精神类疾病中发挥作用
双歧杆菌益生菌干预在改善重度抑郁症患者的症状方面显示出显着疗效，一些数据表明，服用含双歧杆菌的益生菌补充剂的健康个体和精神分裂症患者的抑郁和焦虑水平发生率较低。
✔ 婴儿人群中发挥作用
在婴儿人群中，补充双歧杆菌可降低极低出生体重婴儿患坏死性小肠结肠炎的风险、降低全因死亡率以及迟发性败血症。
双歧杆菌菌株在人体试验中显示出有效性
编辑
doi.org/10.1128/microbiolspec.BAD-0010-2016
总之，大量证据支持双歧杆菌在治疗和预防多种人类疾病方面的安全、有益作用。
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各种研究报道双歧杆菌通过不同的机制表现出抗肿瘤作用，包括发酵和生物转化。
不同种类的双歧杆菌通过下调和上调抗凋亡和促凋亡基因对结直肠癌细胞表现出抗癌活性。
此外，双歧杆菌可以与现有的癌症治疗手段发挥协同效应，通过调节免疫反应以帮助抗癌。越来越多的证据表明，双歧杆菌的某些物种和菌株可以改善免疫监视和抗肿瘤反应。
通过对非小细胞肺癌患者队列中癌症治疗有反应者和无反应者的肠道微生物群进行比较，作者发现，对治疗有反应的患者的粪便样本中富含双歧杆菌。
特定的双歧双歧杆菌菌株与癌症治疗协同作用
Hall, L.J, et al.,Nat Microbiol 2021
在癌症小鼠模型中测试了四种商业双歧杆菌菌株。只有那些在细胞壁中表达高水平肽聚糖的菌株在额外处理的同时，才会产生协同效应。产生协同作用的菌株诱导TLR2依赖性反应，导致IFN-γ和IL-2水平升高，并增加抗肿瘤白细胞。研究结果表明，用某些双歧杆菌菌株补充，可能会使无反应患者变得有反应。
体内和体外研究表明，长双歧杆菌和短双歧杆菌菌株能够保护 DNA 免受致癌物的侵害，并在大鼠模型中抑制两种不同致癌物的遗传毒性作用。
另一项研究表明，动物双歧杆菌对致癌物喹诺酮具有抗突变活性。在研究双歧杆菌的潜力在预防和/或治疗癌症方面，发现益生菌和细菌的组合可以减少小鼠结直肠癌模型中致癌物诱导的癌细胞。
双歧杆菌在免疫监视和刺激宿主免疫反应中的作用
一项早期研究表明，将短双歧杆菌添加到淋巴集结细胞的培养物中会导致免疫反应增强，如抗脂多糖抗体生产。
一项更近期的综合研究比较了口服或未口服双歧杆菌的小鼠黑色素瘤的生长情况。接受细菌制剂的小鼠表现出自发的抗肿瘤作用，这些作用在粪便转移后被逆转。
此外，肿瘤控制得到了与检查点封锁相同程度的改善，两者的结合几乎消除了肿瘤的生长。这些作用是通过增加树突状细胞功能、增强 CD8 + T 细胞启动和肿瘤微环境中的积累来介导的。
双歧杆菌可以作为一种运载工具，这种运载工具可以被设计用来表达感兴趣的基因/质粒。
双歧杆菌最有前途的作用，也是未来的药物输送载体。作为一种非致病性厌氧共生细菌，它成为了一种有吸引力的药物递送候选物，第一个肿瘤靶向研究表明该细菌在艾氏腹水小鼠肿瘤中高度定位。双歧杆菌对肿瘤组织的独特定位源于该细菌只能在缺氧条件下生存的厌氧特性：缺氧是恶性肿瘤的普遍现象，在肿瘤中心更为明显，从而选择性地吸引双歧杆菌生物体。
类似的后续工作证明了双歧杆菌不仅能够定位于肿瘤组织，而且能够表达lux报告基因的工程质粒。
几项研究证明了双歧杆菌作为疫苗递送载体、所需基因质粒的载体、可在无需质粒转染的情况下富集抗癌物质（如硒）的细菌的广泛用途。在不同的模式中，双歧杆菌证明有效地选择性靶向肿瘤细胞，同时表现出抗肿瘤作用。
当使用青春双歧杆菌菌株递送时，内皮抑素是一种广泛的血管生成抑制剂，可成功并选择性地抑制血管生成。
肝癌小鼠异种移植模型注射了经改造以表达内皮抑素基因的青春双歧杆菌。结果与细菌对肿瘤的选择性定位一致，因为在处死的正常组织中没有发现杆菌，并且与对照小鼠相比，血管生成受到强烈抑制，肿瘤生长减少。
考虑到双歧杆菌选择性定位于厌氧肿瘤环境的能力，及其携带转染质粒的能力，“货物”基因传递的可能性几乎是无限的。这种运载工具已被用于提供靶向分子通路调节剂。
双歧杆菌递送PTEN，抑制肿瘤生长
一个例子是使用长双歧杆菌穿梭载体递送PTEN，这是一种主要的肿瘤抑制基因，通常在癌发生的早期步骤中丢失，试图“挽救”其在小鼠实体瘤中的表达，并重建抑癌活性。 尽管结果尚未完全发表，但已描述了携带线性质粒的长双歧杆菌 L17菌株的成功改造，该质粒由pMB1和PTEN cDNA上游的HU基因启动子组成。当对小鼠实体瘤给药时，它会显着抑制肿瘤生长。
双歧杆菌递送中草药
如前所述，通过双歧杆菌载体递送药物/产品的可能性实际上是无限的，并且可能会扩展到包括递送正在临床评估的传统医学中使用的产品，比如，臭椿酮。
双歧杆菌递送生物转化剂
双歧杆菌也已被用于将生物转化剂递送至肿瘤部位。在该模型中，将无活性前药转化为其有效活性形式所需的酶通过双歧杆菌穿梭输送，确保在肿瘤内选择性地发生激活。
这种生物转化模型实现了两个目标：
此外，在有假体关节或心脏瓣膜等异物的患者中，细菌可能会脱靶到这些厌氧部位，需要高度警惕。
关于双歧杆菌属药物递送系统的可用临床前研究
doi.org/10.2217/fon-2019-0374
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双歧杆菌是杂食“动物”，许多食物有利于促进其生长。
优质益生元：
低聚半乳糖GOS、低聚果糖FOS 和 母乳低聚糖HMO 已被用于婴儿配方奶粉，以增强婴儿肠道中的双歧杆菌。它们是经过临床验证的益生元，对促进肠道中的双歧杆菌非常有效。
含有多酚的食物：
苹果皮、红茶和绿茶、黑巧克力、咖啡、橄榄、橄榄油、姜黄和石榴、蔓越莓、蓝莓、黑莓和覆盆子等深色水果，适量葡萄酒等。
含有可溶性纤维的食物：
苹果、梨、燕麦、大麦、萝卜、西兰花、鳄梨和豆类。
含有抗性淀粉的食物：
绿色或半绿色香蕉、煮熟和冷却的土豆、煮熟和冷却的米饭、豆类和豆类。
某些发酵食品：
例如，酸奶，开菲尔，泡菜等。
其他食物：
例如：菊苣、洋葱、大蒜等。
如何知道这些吃进去的食品或补充剂对双歧杆菌产生影响？
肠道菌群检测是目前较为直观地反映补充剂和食物对肠道双歧杆菌影响的方法，使用 DNA 测序技术评估肠道中的菌群丰度。
如果通过检测发现双歧杆菌处于正常水平，则不需要额外补充，过高的双歧杆菌水平并不代表更健康；如果发现双歧杆菌缺乏，那么通过食物或益生菌补充剂等各种针对性补充方式是有利于健康的手段之一。
双歧杆菌是益生菌混合物的重要组成部分，当以适当的剂量给药时，它基本上具有各种有益健康的特性，包括抗感染、抗炎、抗癌、促进宿主心理和身体健康以及调节宿主免疫系统。
双歧杆菌通过抑制促炎细胞因子，诱导抗炎细胞因子来调节免疫系统，表明其作为感染性或炎症性疾病或癌症的潜在疗法的有效性。
当然，并非所有双歧杆菌都可以是益生菌菌株，需要正确识别益生菌干预的菌株、病理学和对应人群。深入理解双歧杆菌在宿主微生物组中的作用机制，从而了解更多未来使用这些微生物治疗疾病的影响和安全性。
此外，双歧杆菌工程可以促进增值化学品的生物产量的增加，同时消耗更少的资源。有必要进一步研究双歧杆菌作为工程宿主的可行性。
除了特定保健食品和医药行业外，双歧杆菌在微生态护肤、畜业、水产业和肉制品加工中也广泛应用，大有开发价值。
注：本账号内容仅作交流参考，不作为诊断及医疗依据。
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谷禾健康
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近日，多地发生诺如病毒感染事件，诺如病毒引起的急性感染性腹泻进入发病高峰期。那么什么是诺如病毒？我们又该如何预防？
诺如病毒和轮状病毒都是传染性很强的肠道病毒，是导致急性胃肠炎的最重要原因之一。会引起腹泻、脱水或呕吐等症状，在最严重的情况下甚至会导致患者死亡。
根据世界卫生组织的报告，腹泻疾病在全球死亡原因中占相当一部分，它们是一个重要的健康问题，关注肠道健康非常重要。
在本文中，谷禾介绍了目前对诺如病毒和轮状病毒的一些了解，包括它们的基本信息，致病性、易感人群以及对身体的危害。
组织血型抗原在诺如病毒和轮状病毒感染中起重要作用，同时近年来的研究发现宿主的肠道微生物群会影响诺如病毒等肠道的病毒感染。这些相互作用可能改进针对这些病毒的预防策略。
在成都妇女儿童医院谢晓丽主任课题组（谷禾开放基金）研究项目中针对诺如病毒感染的婴幼儿肠道菌群进行的检测分析，发现诺如病毒感染会极大的改变肠道菌群构成，破坏正常肠道菌群，导致肠道炎症。诺如病毒感染的同时有超过一半的患者存在肠道细菌感染。
在最后，谷禾针对现有的技术和医疗条件，给出了一些对于诺如病毒和轮状病毒的预防及治疗措施，希望能有效地防治这些肠道病毒，在今后的生活中拥有更健康的肠道。
本文主要内容
●诺如病毒的介绍
●轮状病毒的介绍
●诺如病毒与肠道相关疾病
●轮状病毒与肠道感染
●肠道微生物在病毒感染中的作用
●诺如病毒、轮状病毒的预防及治疗
诺如病毒（Norovirus），又称诺瓦克病毒，是人类杯状病毒科中诺如病毒属的一种病毒。
人类诺如病毒是世界范围内非细菌性胃肠炎的主要原因，具有高发病率和高死亡率。据估计，在全球范围内，人类诺如病毒每年导致6.99亿人患病和21.9万人死亡。
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诺如病毒为无包膜单股正链RNA病毒，病毒粒子直径约27-40nm。
电子显微镜下的诺如病毒
Lucero Y,et al.Viruses.2021
A.在急性胃肠炎患者的粪便样本中通过免疫电子显微镜观察到的小圆结构病毒的原始图像;B.高分辨率冷冻电子显微镜下的GII.4诺如病毒颗粒
详细结构
基因组全长约7.5-7.7kb，分为三个开放阅读框（ORFs），两端是5’和3’非翻译区，3’末端有多聚腺苷酸尾。ORF1编码一个聚蛋白，翻译后被裂解为与复制相关的7个非结构蛋白，其中包括RNA依赖的RNA聚合酶。
ORF2和ORF3分别编码主要结构蛋白（VP1）和次要结构蛋白（VP2）。病毒衣壳由180个VP1和几个VP2分子构成，180个衣壳蛋白首先构成90个二聚体，然后形成二十面体对称的病毒粒子。
根据蛋白在衣壳中的位置，每个衣壳蛋白可分为两个主要区域，分别为壳区（S区）和突出区（P区），二者之间是由8个氨基酸组成的铰链区（Hinge）连接。S区由衣壳蛋白的前225个氨基酸组成，形成病毒内壳，围绕病毒RNA。P区由剩余的氨基酸组成，进一步分为两个亚区P1区和P2区。P区通过二聚体相互作用增加衣壳稳定性并形成电镜下可见的病毒粒子突出端。P2区高度变异，包含潜在的抗原中和位点和受体组织血型抗原（HBGAs）识别位点。VP2位于病毒粒子内部，被认为参与衣壳聚集。
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人类诺如病毒对组织血型抗原（HBGAs）的识别和结合被描述为病毒颗粒进入细胞之前的原始步骤。
HBGAs是红细胞、呼吸道、消化道和泌尿生殖道粘膜上皮细胞表面的一类复杂糖类,可结合糖蛋白及糖脂类物质,同时以游离寡糖的形式存在于唾液、乳汁和血液等体液中。HBGAs 的FUT2基因分泌状态影响人的易感性。
在人类诺如病毒中，组织血型抗原结合点位于VP1的P结构域的P2亚结构域，这是高度可变的。在不同的诺如病毒基因组中发现了该结合位点的可变性。这是由于每个诺如病毒基因组/基因型可以结合不同的组织血型抗原。
✦组织血型抗原影响对诺如病毒抵抗力
一项研究表明，人类诺如病毒与组织血型抗原的相互作用是低亲和力的，并且不诱导VP1中显著的结构重排。
有易感性研究表明一些个体对人类诺如病毒感染有抗性。组织血型抗原的产生是由岩藻糖基转移酶2介导的。呈现这种功能基因的个体被称为分泌者，易受人类诺如病毒感染。
岩藻糖基转移酶2(FUT2)，该基因是编码半乳糖苷2-L-岩藻糖基转移酶的两个基因之一。编码的蛋白质对于可溶性ABO血型抗原合成途径的最后一步很重要。它还参与细胞间相互作用、细胞表面表达和细胞增殖。
FUT2作为岩藻糖基转移酶的一种,分布在口腔黏膜上皮,呼吸道上皮,泌尿生殖道细胞以及体液中。岩藻糖基转移酶2与ABO血型、原发性硬化性胆管炎、溃疡性结肠炎、克罗恩病、急性胃肠炎等相关。
相比之下，没有这种功能基因的人被称为非分泌者，对人类诺如病毒感染有抵抗力。组织血型抗原作为个体对病毒感染易感性的关键因素，事实上，已经表明分泌者阳性个体感染轮状病毒的可能性是非分泌者个体的26.6倍。
★ 易感人群
虽然人类诺如病毒可以感染所有年龄段的人，但是高危人群主要是是5岁以下的儿童，老年人以及免疫力低下的人群，其中老年人是死亡率最高的。
•婴幼儿
婴幼儿身体的各项器官发育的不是特别完善，断奶后失去了母乳提供的抗体。所以在这种情况下身体是比较虚弱的，会非常容易受到轮状病毒的感染。
•免疫力低下的人
诺如病毒具有较强的传染性，传播途径也比较广泛，如果患者平时没有保持良好的生活习惯，不注意锻炼身体，身体免疫力可能会比较低下，诺如病毒更容易侵入这类人群的体内，感染几率会增加。
•有基础疾病的人
如果患者本身患有慢性消化系统疾病、心脑血管疾病等基础疾病，也会增加诺如病毒感染的风险。
•没有做好防护的人
如果患者经常外出，在外出时没有做好防护工作，诺如病毒可能会通过气溶胶传播，这类人群也容易感染。
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✦发病时间
潜伏期为24-48小时，一般不超过96小时。
✦症状
与其他病毒性胃肠炎相似，起病突然，主要症状为发热、恶心、呕吐、痉挛性腹痛及腹泻。可单有呕吐或腹泻，亦可先吐后泻，也称为诺如病毒感染性腹泻。
成人腹泻较突出，儿童呕吐较多。粪便呈黄色稀水便，每日数次至十数次不等，无脓血与黏液。可伴有低热、咽痛、流涕、咳嗽、头痛、肌痛、乏力及食欲减退。
病程长及病情较重者排毒时间也较长，传染性可持续到症状消失后两日。本病免疫期短暂，可反复感染。
提醒：以呕吐、腹痛、腹泻为主要症状的胃肠道疾病，在不同季节发作的特点各有不同。
夏季由于气温高，食物容易变质滋生细菌，所以夏季胃肠道疾病多因大肠杆菌等细菌感染所致，症状严重的话，除了腹泻特别厉害，还会出现脓血便的特点。
而秋季在婴幼儿中出现较多的腹泻主要是秋季轮状病毒感染，症状严重者一天多次呕吐(5、6次及以上)，同时会拉蛋花样大便。患儿一般先呕吐、后腹泻，病程稍长，一般为7天。
而冬季诺如病毒所致的胃肠道疾病，儿童一般以腹痛、呕吐多见，腹泻较为少见，病程一般1至3天。容易因群体传染而致病。
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一项志愿者人体试验研究表明，诺如病毒的免疫保护力一般可持续6-24个月，即使先前感染过诺如病毒，同一个体仍可重复感染同一毒株或不同毒株的诺如病毒。
部分人群即使暴露于大剂量诺如病毒仍不会感染，这可能与先天宿主因素和后天获得性免疫有关。组织血型抗原（HBGAs）包括H型、ABO血型和Lewis抗原被认为是诺如病毒的可能受体。1,2-岩藻糖转移酶基因突变导致组织血型抗原缺乏表达者（非分泌型），可能不容易感染诺如病毒。
先天免疫
先天免疫系统针对RNA病毒如人类诺如病毒的主要细胞途径，是控制病毒复制的I型和III型干扰素(IFN)系统。
RNA病毒主要通过模式识别受体(PRRs)检测，其包括TLR和RIG-I样受体(RLR)家族成员。
TLR3位于巨噬细胞、B淋巴细胞和cDCs的细胞内区室中，并且它被表征为RNA病毒。属于RLR家族的RIG-1和MDA5同样是检测细胞内RNA病毒的细胞质传感器。
TLR3识别内体区室中的任何dsRNA，而MDA5识别长dsRNA，RIG-1感知细胞质中含有dsRNA的三磷酸。
✦干扰素限制诺如病毒复制
少数报道表明干扰素途径的效应物限制了人类诺如病毒复制。据报道，人α干扰素(IFN-α)在控制Huh-7细胞和BHK21细胞中的人类诺如病毒复制中发挥作用，这表明干扰素的产生可能是控制诺如病毒感染的宿主抗病毒机制之一。
此外，以下证据表明，I型和III型干扰素系统可以在控制人类诺如病毒感染中发挥重要作用：
1.在接种GII.4菌株的猪的肠道内容物和血清中检测到高IFN-α细胞因子产生；
2.MNV-1的复制在体内和体外对I型和III型干扰素系统敏感；
3.用基因组诺如病毒RNA转染Huh-7细胞后，当细胞用来自已用干扰素诱导剂、聚肌苷酸/聚胞嘧啶酸（poly I:c）转染的细胞的上清液预处理以诱导IFNα/β产生时，抑制了细胞中的诺如病毒复制；
4.胆汁酸允许GI.1、GII.3和GII.17 人类诺如病毒菌株的复制，并在人类肠道肠道中的GII.4变体中增强。
在最近的研究中使用诺如病毒复制子系统，有可能评估不同类型干扰素的抗病毒活性。具体来说，这些研究表明，三种类型的干扰素对人类诺如病毒复制有限制作用:I型干扰素 (IFNα)、II型干扰素 (IFNγ)和III型干扰素(IFNλ1和3)。
不过还需要进一步的研究来了解诺如病毒与宿主相互作用，以便设计针对这些病毒的适当抗病毒疗法。
适应性免疫
针对人类诺如病毒的适应性免疫反应几乎不为人所知。然而，一些研究提供了关于人类如何对这些病毒产生体液和细胞免疫反应的见解。
✦抗体对诺如病毒感染起到一定防护
文献中的几项研究表明，成人中针对诺如病毒的高水平血清抗体与针对这种病毒的未来感染的保护相关。
同样，在成年志愿者中进行的其他研究结果表明，与先前抗体滴度较低的志愿者相比，感染前存在高血清或粪便滴度的特异性抗体降低了感染该病毒的概率。此外，在儿童中，高血清抗体水平似乎与保护有关，可能是由于短期免疫和最近接触这些病毒。
•多次暴露于诺如病毒下可能产生抗体
这些证据表明，频繁暴露于诺如病毒可以刺激对诺如病毒诱导的疾病的抗性。这些观察结果背后的一个可能机制是多次暴露于人类诺如病毒诱导抗体产生，已知IgA抗体在针对病毒的短期免疫保护中起作用。
粘膜IgA在诺如病毒感染志愿者的小肠组织中产生。为了支持这一观点，需要进一步的研究来充分阐明对人类诺如病毒的短期免疫背后的机制。
✦诺如病毒在几年后可能会再次感染
另一方面，没有证据证明对这些病毒具有长期保护性免疫力。事实上，一些在诺如病毒攻击后发病的志愿者在6-14周后再次暴露于病毒后，表现出对该疾病的部分免疫力。
然而，这种部分免疫保护在2-3年后完全丧失。尽管如此，来自世界不同地区的大量流行病学报告证明了长期的保护性免疫反应，这些报告显示了“诺如病毒高活性”时期，这与新的GII.4毒株的出现相关。
在这一现象之后的几年里，人类诺如病毒爆发的数量有所减少，这表明人群中产生了群体免疫，从而防止GII.4诺如病毒感染。然而，重要的是要记住，如果出现新的毒株，个体可能再次变得易感。
总之，人类诺如病毒感染后的体液保护具有非常复杂的异型免疫应答模式。迄今为止，没有任何研究表明，人类诺如病毒感染者血清中存在高交叉反应性和交叉阻断活性，这可能是由于人类诺如病毒衣壳基因的快速分子进化，保证了对这些病毒未来感染的长期保护。
✦诺如病毒感染后细胞免疫也增强
还研究了人类诺如病毒的细胞免疫反应。具体而言，来自10名受诺如病毒（GI.1-1968株）感染的志愿者中的6名外周血单个核细胞（PBMC），在体外用不同同源或异源GI株进行刺激后，IFN-γ分泌显著增加。
有趣的是，发现细胞免疫反应优先靶向替代的胃肠道VLP，而不是感染菌株。这些数据表明Th1反应是针对同源和异源人类诺如病毒菌株的。
此外，患有人类诺如病毒胃肠炎的旅行者的粪便样品中，IFN-γ (Th1细胞因子)也显著增加。对于白细胞介素2 (白细胞介素细胞因子)和IL-5 (Th2细胞因子)，也检测到了比攻击前滴度更小但显著的增加。
总之，由快速进化的RNA病毒引起的免疫反应很难实现。事实上，随着时间的推移，这些病毒在免疫显性表位的关键残基中突变的能力表明了病毒衣壳的进化，这使得病毒不仅能够逃避宿主适应性免疫反应，而且还能够适应它们与任何组织血型抗原的结合。
对诺如病毒的体液和细胞免疫反应的完全理解还需要更多的研究发现。
轮状病毒（Rotavirus，简称RV）是一种双链核糖核酸病毒，属于呼肠孤病毒科。它是婴儿与幼儿腹泻的主因。
几乎世界上每个大约五岁的小孩都曾感染过轮状病毒至少一次。然而，每一次感染后人体免疫力会逐渐增强，后续感染的影响就会减轻，因而成人就很少受到其影响。
轮状病毒总共有七种，以英文字母编号为A、B、C、D、E、F与G。其中，A种是最为常见的一种，而人类轮状病毒感染超过90%的案例也都是该种造成的。
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病毒颗粒大约直径76.5 nm，并且并没有病毒包膜。
轮状病毒的基因组包括了11条独特的核糖核酸双螺旋分子，这11条中总共有18555个核苷碱基对。每一条螺旋或是分段即是一个基因，并且依照分子尺寸由大到小依次编号为1到11。
每一个基因都可以编码成一种蛋白质，而其中第9基因与第11基因比较特别，它们都可以编码成两种蛋白质。核糖核酸外围则是包围了三层二十面体的蛋白质壳体。
人轮状病毒直立和反向刺突蛋白构象
Jenni S,et al.J Virol.2022
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一些观察性研究调查了不同组织血型抗原或基因型与体内轮状病毒感染易感性之间的关联。
✦组织血型抗原也影响轮状病毒感染率
组织抗原缺乏者——非分泌型，可能不容易感染轮状病毒。
来自几个国家和大洲的几项后续研究报道阳性分泌状态与P8和P4基因型的轮状病毒易感性密切相关。随后的研究也证实了P6基因型的轮状病毒易感性和Lewis缺乏表型之间的强关联性。
尽管关于P4基因型的研究较少，但类似的差异已有报道，一些研究表明分泌者和Lewis阳性(Lewis b表型)是易感性的标志，而不仅仅是分泌者阳性。一项研究，报道在非分泌者中没有P4感染，但是Lewis阳性非分泌者易受P8轮状病毒感染。
总之，观察性研究提供了强有力的证据，证明分泌抗原和Lewis抗原在P基因型依赖的轮状病毒易感性中起重要作用。
一些研究也将ABO血型与易感性联系起来，但还需要更多的研究。
★ 易感人群
•6~24个月的婴儿
由于婴儿免疫机制还没有发育完整，免疫力低下，尤其早产儿，发生感染以及严重脱水和胃肠道并发症的风险较高。
•免疫抑制患者：
免疫抑制的患者由于体内免疫系统异常，尤其是原发性免疫缺陷和造血干细胞移植患儿，发生并发症风险高。
•与患者密切接触的人群
由于该病毒也可在接触感染者的生活用品后感染疾病，所以如果未感染的人群与患者的体液和排泄物的密切接触，很容易被病毒感染。
•不注意个人卫生的群体：
该疾病的传播途径和是粪-口传播，不注意饭前便后洗手的人群易感染该类细菌病毒。
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轮状病毒肠胃炎是一种从温和到严重的疾病，有一些表征像是呕吐，水状腹泻，以及低程度的发热。当儿童受到这类病毒感染时，在症状发生前大约会有两天的潜伏期。
症状通常是从呕吐开始，接着是四到八天的大量腹泻。轮状病毒感染造成的腹泻常引起脱水的现象。
注意：脱水是轮状病毒感染的最常见的死因。
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已知病毒感染可激活宿主抗病毒先天免疫反应，这依赖于宿主模式识别受体（PRRs）对病毒的识别，如TLRs、RIG1样受体和黑色素瘤分化相关基因-5。
另一方面，病毒依赖宿主细胞生存；因此，它们进化出各种机制来逃避或削弱宿主免疫力，从而操纵宿主细胞蛋白质成功复制和传播。
✦干扰素也能限制轮状病毒感染
轮状病毒感染在肠粘膜中迅速引发先天免疫反应，在此期间产生I型和III型干扰素和其他细胞因子，限制病毒复制。干扰素是控制轮状病毒感染和调节抗病毒免疫反应的核心。
病毒感染的和未感染的肠上皮细胞与肠造血细胞一起产生I型和III型干扰素。这些I型和III型干扰素是宿主抗病毒防御机制的主要部分，因此缺乏它们的受体会增加对病毒感染的易感性。
大多数细胞可以感知和应答I型干扰素，而上皮细胞只应答III型干扰素。虽然很少有关于能够分泌IFN-λ的特定细胞的公开数据，但是有研究证明一些细胞可以产生IFN-λ和I型IFN。
人群中IFN-λ及其受体的存在支持了它们在轮状病毒感染中起保护作用的假设。对III型IFN在病毒感染和抗病毒免疫中的作用的综述中得出结论，IFN-λs在病毒感染的初始阶段在上皮表面提供抗病毒保护。
此外，这些细胞因子使Th1和Th2细胞平衡向Th1表型转移。因此，IFN-λ作为先天免疫的一个组成部分，可能参与了适应性免疫反应的调节。
•干扰素还能防治病毒在肠道外复制
此外，这两种干扰素一起防止轮状病毒在肠道外复制。与其他几种病毒感染类似，轮状病毒宿主范围的限制是由同源和异源轮状病毒干扰宿主IFN反应的不同效率决定的。
✦其他宿主蛋白抑制轮状病毒感染
有许多关于轮状病毒和其他宿主蛋白之间相互作用的研究，结果显示一些宿主蛋白对轮状病毒具有抵抗作用。
STAG2缺失增加抗病毒性
STAG2(粘附蛋白复合物的一部分)的缺失赋予了对细胞培养物和人肠道中轮状病毒复制的抗性。缺乏STAG2导致gDNA损伤和强烈的干扰素表达，导致JAK-STAT活化和ISG表达，从而保护免受轮状病毒感染。
鞭毛蛋白诱导NOD样受体C4分泌白细胞介素
NOD样受体C4 (NLRC4)和TLR5在抗轮状病毒宿主免疫应答中起重要作用。鞭毛蛋白诱导的树突状细胞TLR5激活刺激了白细胞介素22的产生，导致肠上皮细胞中保护性基因表达系统的产生。
鞭毛蛋白还通过诱导NOD样受体C4 (NLRC4)刺激白细胞介素18的产生，从而导致立即清除轮状病毒感染的细胞。
NOD样受体P9b限制轮状病毒感染
最近还证明了NOD样受体P9b (Nlrp9b)在抗轮状病毒宿主免疫反应中的作用，Nlrp9b限制了肠上皮细胞中轮状病毒的感染。他们显示肠内NLRP9b的减少在活生物体内导致小鼠对轮状病毒复制的易感性增强。
诺如病毒和轮状病毒有什么区别？
轮状病毒与诺如病毒都是引起感染性腹泻的肠道病毒，均可导致呕吐、腹泻等不适症状，但二者属于两种不同的病毒，有各自的感染特点。两者的主要区别主要包括流行时间、感染对象、传播途径，病程持续时间等。
1.流行时间：轮状病毒一般在秋季流行，而诺如病毒则全年都可流行，主要在寒冷季节高发；
2.感染对象：轮状病毒感染对象以婴幼儿更为多见，而诺如病毒在学龄儿童和成人中也均可感染；
3.传播途径：轮状病毒主要经粪-口传播，而诺如病毒可经由食用被污染的食物或水源而传染；
4.病程时间：在病程方面，轮状病毒的病程大概持续在3~8天左右；而诺如病毒大概在3~5天左右，严重的患者可能会持续一个星期。
腹泻病是低收入国家5岁以下儿童死亡的重要原因，也是中高收入国家医疗资源利用的重要原因。儿童腹泻的主要原因是病毒(70-90%)。
历史上，轮状病毒是儿童病毒性腹泻的主要原因，然而，随着轮状病毒疫苗的引入，诺如病毒已成为中度-重度腹泻的主要原因。
病毒通过几种机制产生腹泻，包括上皮细胞的损伤或死亡、上皮吸收的改变、通过对肠神经系统，以及由病毒因子介导的分泌。
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最近的体外和体内研究发现，免疫细胞和肠上皮细胞受到诺如病毒的感染。小鼠诺如病毒有效感染免疫细胞，包括培养的巨噬细胞、树突状细胞和B细胞。
一些证据证实了诺如病毒对体内免疫细胞的感染性。在从人类诺如病毒感染的志愿者获得的肠道活检的单核固有层细胞中检测到病毒抗原。
同样，病毒感染的黑猩猩在十二指肠中显示出病毒阳性的树突状细胞和B细胞，人类诺若病毒感染的共生小牛在肠道固有层中含有类似巨噬细胞的抗原阳性细胞，人类诺如病毒感染的免疫低下小鼠在脾脏和肝脏中含有抗原阳性细胞，其形态与巨噬细胞相似。
诺如病毒感染细胞的一些证据
Karst SM,et al.J Med Virol.2016
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诺如病毒感染大多是急性的，在12-48小时的潜伏期后出现症状。典型症状包括呕吐、腹部绞痛、发烧、大便中出现粘液、水样腹泻、头痛、发冷和肌痛。
✦免疫功能弱的群体症状持续时间长
在健康成人中，肠胃炎是自限性的，临床症状往往持续2-3天。然而，在其他更易受感染的人群中，如老年人和幼儿或免疫功能受损的人，临床症状可能更严重，持续时间更长。
需要注意的是，诺如病毒感染在儿童早期可能是无症状的，可能是由于母乳喂养和转移的母体抗体。
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✦症状消失后体内可能还存在病毒
尽管人类诺如病毒感染引起的症状会迅速消失，但人们仍会较长时间在粪便中排出病毒。事实上，无症状感染的人可以摆脱病毒长达60天，这相当于表现出典型症状的人的时间，而免疫功能受损的患者可在数月甚至数年内慢性释放病毒。
这些数据表明宿主内存在延长的诺如病毒复制，其发生与有症状的感染无关，并且可能是人类群体中病毒维持的主要促成因素。
与人类体内诺如病毒脱落时间延长一致，感染人类诺如病毒的黑猩猩粪便脱落时间延长，并且感染鼠诺如病毒的小鼠表现出与结肠持续感染相关的慢性粪便脱落。
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除了诺如病毒感染的急性症状表现外，还有一些证据表明诺如病毒感染与后遗症有关，包括感染后肠易激综合征(IBS)和炎症性肠病(IBD)。
✦感染过诺如病毒容易出现肠易激综合征
在一项为期两年的前瞻性队列研究中，分析了一起由食源性诺如病毒，经历过急性胃肠炎的受试者的肠易激综合征患病率显著高于对照组受试者。
另一项对病毒性胃肠炎大规模爆发的个体进行的研究也表明，病毒性胃肠炎可导致相当比例的患者出现感染后肠易激综合征。
✦诺如病毒影响炎症性肠病的严重性
诺如病毒和炎症性肠病之间的一个有趣的联系也被发现。在右旋糖酐硫酸钠治疗的背景下，发现人炎症性肠病易感基因Atg16L1突变的小鼠中持续的诺如病毒感染会导致肠道病理学增强。
★ Atg16L1基因异常使致死率和发病率增加
在突变ATG16L1等位基因纯合子的人炎症性肠病患者中观察到潘氏细胞细胞的组织学变化。Atg16L1表达亚型的小鼠在潘氏细胞细胞的形态和转录谱方面显示出显著变化，促炎细胞因子和脂质代谢基因的表达增加。
潘氏细胞回肠隐窝底部的上皮细胞，是专门分泌多种抗微生物化合物和蛋白质的分泌细胞，如α-防御素和TNF-α，它们共同充当宿主-微生物相互作用的关键介质。
在一项相关研究中，肠上皮细胞中特异性Atg16L1的缺失导致诺如病毒感染和治疗小鼠时致死率和临床疾病的增加。
有趣的是，使用抗肿瘤坏死因子α（TNFα）或γ干扰素的阻断抗体，或使用广谱抗生素治疗，可以减少感染小鼠中观察到的肠道病理学增强。
注意：该模型的抗生素反应性作为一个早期迹象，表明微生物群可能在肠内诺如病毒感染的影响中起重要作用。
总之，这些研究表明，在一些环境和遗传背景下，诺如病毒可能是肠易激综合征或炎症性肠病的病毒触发因素，也表明肠道微生物群可能对诺如病毒的发病机制很重要。
谷禾会在后面的章节具体讲述肠道内病毒和肠道细菌之间许多有趣的相互作用。
病毒进入体内后，会感染粘膜上皮细胞，并在细胞胞质溶胶中复制。病毒细胞进入有两种途径，包括直接进入上皮质膜，或通过上皮细胞内吞作用。
因此，病毒和靶细胞受体之间的分子相互作用影响病毒的进入途径。
轮状病毒细胞进入过程包括蛋白水解引发、细胞附着、外壳的消化和轮状病毒双层颗粒(DLPs)内化进入细胞质。
▸ 轮状病毒入侵的具体过程
轮状病毒细胞进入过程
Amimo JO,et al.Front Immunol.2021
轮状病毒需要VP7和切割的VP4之间的相互作用来启动细胞进入过程。VP4蛋白被切割成VP8*和VP5*结构域，每个结构域在细胞进入过程中发挥不同的作用。
胰蛋白酶化的轮状病毒诱导Cr的快速释放由VP5*切割产物促进的细胞，该切割产物使脂质小泡通透在试管内。因此，VP5*是参与轮状细胞细胞进入的特异性透膜衣壳蛋白。
另一方面，受体介导的胞吞作用依赖于内体的酸化，导致部分脱壳或进入细胞;然而，通过直接穿透进入轮状细胞不受溶体营养剂或内吞抑制剂的抑制。不考虑进入途径，已报道轮状病毒进入机制涉及膜透化和外壳层的脱壳。
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✦肠上皮细胞对轮状病毒有一定的抵抗作用
轮状病毒主要靶向末端分化的肠上皮细胞，主要是回肠和空肠，因此肠上皮细胞充当第一道物理屏障。除了物理屏障外，肠上皮细胞还利用几种先天免疫机制来抑制肠道病原体的感染。
上皮细胞用来抵抗轮状病毒感染的机制包括粘液产生、细胞因子/趋化因子的分泌以及TLR表达和信号传导。轮状病毒感染的第一步是使用细胞表面分子如组织血型抗原和整联蛋白作为受体或共受体。
✦特定聚糖影响轮状病毒的附着
轮状病毒对肠细胞的附着发生在特定的聚糖(包括粘蛋白聚糖和细胞表面聚糖)存在的情况下。虽然宿主聚糖特异性是调节轮状病毒传染性的关键因素之一，但其他因素也被认为影响不同人群中不同轮状病毒基因型的相对流行和出现。
这些因素可包括但不限于不同基因型轮状病毒的可变聚糖识别和结合亲和力、额外辅受体/辅因子的存在或缺乏、免疫反应的差异以及其他未定义的宿主因素。
注：先前的工作表明，多聚糖识别机制的变化与轮状病毒物种嗜性、人畜共患病潜力、适应性和流行病学流行率的差异相一致。
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粘蛋白是高分子量上皮细胞的高分子量产物。这些高度糖基化的蛋白质是粘液的关键成分。粘蛋白作为天然免疫系统的一部分，具有化学屏障和结合病原体的功能。
✦粘蛋白对轮状病毒具有抑制作用
通过补充鼠肠粘蛋白抑制了轮状病毒与细胞的结合，这表明粘蛋白的分子模拟允许它们干扰病毒-细胞附着。
然而，他们表明神经氨酸酶处理去除鼠血清唾液酸(SA)抑制粘蛋白阻止轮状病毒附着于宿主细胞的能力，表明粘蛋白聚合结构和血清唾液酸含量在其诱导作用中的功能意义。
在回肠中，响应轮状病毒感染而产生的聚糖的可用性有利于大量的聚糖降解细菌，这导致粘蛋白对轮状病毒感染的保护作用进一步降低。
例如，粘蛋白降解细菌具有比非粘蛋白降解细菌更接近宿主上皮的能力，从而间接促进轮状病毒与上皮的附着。
总之，粘蛋白结构似乎是轮状病毒的一个重要的宿主屏障。因此，深入了解轮状病毒与粘蛋白多糖的相互作用可以为轮状病毒适应、传播和宿主限制提供更多的见解，这可能有助于开发针对轮状病毒感染的靶向治疗。
由细菌、真菌等组成的大量不同的共生微生物群栖息在胃肠道中。共生微生物群和它们的宿主的共同进化导致了互利的条件，其中宿主可以受益于微生物群提供的生理、代谢和免疫调节，而共生微生物群绝对依赖于宿主获得营养和繁殖场所。
作为肠道病原体，诺如病毒和轮状病毒与它们相互作用。在病毒感染的调节中，肠道微生物群可以通过不同的机制促进或抑制病毒传染性。
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几项研究证明了益生菌对肠道病毒感染和许多其他疾病的有益作用。益生菌通过调节肠道微生物群组成、增强肠道屏障功能和促进粘膜免疫来保护宿主免受病毒感染。
✦益生菌可以抑制诺如病毒
此外，它们通过竞争性排斥来干扰病毒与其靶细胞的结合，通过阻断病毒受体和结合表面的病毒来促进它们在粪便中的消除。
一些益生菌抑制诺如病毒的证据：
Bifidobacterium adolescentis的存在抑制了体外人诺如病毒与上皮细胞的粘附。
类似地，干酪乳酪杆菌(Lacticaseibacillus casei)和Escherichia coliNissle 1917损害了GI.1P颗粒对HT-29细胞的附着。
在另一项研究中，用Lacticaseibacillus rhamnosus GG和Escherichia coli Nissle 1917定植的新生猪感染了GII.3和GII.4基因型的人类诺如病毒，观察到病毒粪便脱落低于检测极限，表明这种细菌的定植对诺如病毒感染有显著抑制。
✦部分细菌对轮状病毒也有抗性作用
至于轮状病毒，Escherichia coli Nissle 1917 似乎通过调节免疫反应减少了无菌猪的腹泻。
细菌鞭毛蛋白对轮状病毒感染有效，因为它诱导产生白细胞介素22和白细胞介素18。
Ruminococcus gauvreauii，一种从人胆汁中分离的细菌，因此可能存在于轮状病毒感染部位(小肠),可以结合轮状病毒。这种结合可能是由细菌表面存在的组织血型抗原介导的。
进一步实验证明Ruminococcus gauvreauii在体外干扰轮状病毒感染，因为在它的存在下发现病毒感染性降低了三分之二，证明了这种细菌的抗轮状病毒作用。
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尽管有关于肠源性细菌在抑制病毒感染中的作用的重要证据，但一些研究认为微生物群在促进病毒感染中的作用。
当使用脊髓灰质炎病毒、呼肠孤病毒和小鼠乳腺肿瘤病毒感染无菌或抗生素治疗的小鼠时。观察到与微生物定居的小鼠的感染相比，感染发生了实质性的减弱。将肠道微生物重建到抗生素治疗的小鼠中足以恢复脊髓灰质炎病毒的致病性。
✦部分肠道菌群会增强病毒致病性
与对照组小鼠相比，抗生素治疗组的肠道呼肠孤病毒滴度显著降低。当使用抗生素治疗或无菌小鼠时，轮状病毒和诺如病毒也报告了类似的发现，表明一部分微生物群增强了多个肠道病毒家族的致病性。
肠道微生物群可以通过几种机制直接促进肠道病毒复制，包括稳定病毒颗粒和促进病毒附着于宿主细胞。
✦细菌影响抗病毒免疫反应，导致病毒传染性和致病性增强
通过改变抗病毒免疫反应，间接增强肠道病毒的感染。受益于微生物群的几种肠道病毒结合细菌表面多糖，导致病毒传染性和致病性增强。当脊髓灰质炎病毒和其他微小核醣核酸病毒科成员与脂多糖结合，可以观察到在高温和稀释的氯漂白剂存在下热稳定性和抗失活性的增加。
诺如病毒与肠道微生物群成员的相互作用已经得到证实，包括：
阴沟肠杆菌(Enterobacter cloacae)；
大肠杆菌（Escherichia coli）；
幽门螺杆菌（Helicobacter pylori）。
•组织血型抗原介导菌群与病毒的作用
这些相互作用是通过这些细菌表面表达的组织血型抗原介导的，尽管已有报道称诺如病毒可结合微生物群中广泛表达的其他碳水化合物残基。在体外，人诺如病毒能够在组织血型抗原包被的细菌存在下感染B细胞，并且如果细菌不存在，在该模型中观察到病毒复制的减少。
如果细胞与阴沟肠杆菌一起孵育，B细胞的感染会恢复，这表明病毒颗粒与组织血型抗原包被细菌的结合能够将病毒摄入宿主细胞。
还观察到，表达组织血型抗原的细菌，如一些大肠杆菌菌株，在热处理过程中保护诺如病毒，如食品加工过程中完成的一种，促进其传播。
在具有移植的人类肠道微生物群的共生猪中进行的实验表明，人类诺如病毒GII.4/2006b菌株的复制受到微生物群的刺激，这增加了脱落滴度和持续时间；在抗生素治疗的小鼠中的实验表明，消除微生物群可防止小鼠诺如病毒CR6菌株的持续感染。
有人认为，肠道微生物群限制了依赖干扰素λ的先天免疫，从而允许诺如病毒持续存在。
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以婴儿为供体的粪便材料移植在模型中没有限制传染性，这表明供体的微生物群不能控制该模型中的轮状病毒感染，并且该过程需要小鼠自身细菌。
尽管不能排除取决于宿主和病毒株的差异，但所有这些数据都表明微生物群是限制轮状病毒复制的主要因素。
✦维生素A通过影响乳酸杆菌丰度加强抗诺如病毒的作用
关于微生物群对诺如病毒传染性的数据较少。流行病学研究表明，补充维生素A有抗诺如病毒的作用。
对小鼠诺如病毒的研究表明，补充维生素A后，小鼠肠道乳酸杆菌的数量增加，并且假设这些细菌的抗病毒作用（在体外对RAW264.7细胞进行了证明）可以减少诺如病毒感染。
✦胆汁酸丰度影响病毒的感染
如上一节所述，其他动物模型和诺如病毒的使用表明微生物群在该病毒群的复制中具有积极作用。
然而，需要注意的是，对抗生素治疗小鼠进行的最新和详细分析表明，尽管微生物群增强了肠道远端区域的小鼠诺如病毒株MNV-1感染，但它限制了近端小肠的感染性。
这种效应的区域化是由取决于肠道位置的胆汁酸受体的明显丰度介导的，胆汁酸受体参与触发近端肠道细菌增强的抗诺如病毒IFNλ反应。因此，小肠中胆汁酸的微生物修饰对不同肠道位置的小鼠诺如病毒感染有影响。
用梭状芽胞杆菌（Clostridium scindens，一种已知能将初级胆汁酸转化为次级胆汁酸的细菌，在抗生素治疗的动物中被降低）接种抗生素治疗动物，恢复了近端小肠中的病毒抑制作用，尽管它不会增强远端肠道的感染。
免疫调节正在成为这一现象的基础机制，并扩展到不针对肠道的病毒。特定的细菌类群也被描述用于预防病毒性疾病，如小鼠脑心肌炎病毒全身感染，其中抗生素治疗也加剧了感染。
✦经黏液真杆菌可以限制病毒复制
与其他测试的肠道细菌相反，在肠道微生物群成员中，发现了经黏液真杆菌属（Blautia coccoides）是一种能够限制单克隆小鼠全身脑心肌炎病毒复制的细菌。在携带经黏液真杆菌属的动物中，巨噬细胞诱导IFNβ的能力得以恢复，IFNβ可抵抗脑心肌炎病毒。
注意：I型干扰素（IFNβ）在对抗病毒病原体的反应中起着关键作用。缺乏细菌会导致较弱的先天免疫反应，其特征是IFNβ的低表达，这阻碍了有效的巨噬细胞抗病毒反应。
一些细菌成分或衍生代谢物通过产生IFNβ参与引发宿主对呼吸道病毒的先天免疫，例如来自拟杆菌在流感感染中或乙酸盐(以及丙酸盐或丁酸盐),其本身能够在小鼠的肺中诱导IFNβ反应，并在补充到饮用水中时保护它们免受呼吸道合胞病毒的感染。
✦白细胞介素在对抗轮状病毒中起重要作用
上述研究证实了微生物群对肠道病毒感染以及其他非肠道病毒的影响。然而，对于轮状病毒和诺如病毒来说，其发生的机制还不清楚，需要新的研究来获得关于它们的知识。
识别细菌鞭毛蛋白的TLR4和炎症体的NLR-C4成分对于白细胞介素22和白细胞介素18的产生是至关重要的，白细胞介素22和白细胞介素18在对抗轮状病毒中是重要的。
研究表明，微生物群的减少导致白细胞介素22的产生减少，并且通过施用白细胞介素22可以实现针对轮状病毒的保护。
在这种情况下，白细胞介素22介导的保护不涉及干扰素，因为在缺乏转录因子STAT1的小鼠中也发现了干扰素，STAT1增加了干扰素刺激基因的表达。
✦微生物通过免疫球蛋白限制感染
微生物群可以用来限制感染的另一个可能的机制是分泌型免疫球蛋白A (sIgA)。免疫球蛋白A分子被分泌到肠腔中，在那里它们附着抗原并作为粘膜防御的第一道屏障。
肠道微生物群已被证明能够调节免疫球蛋白的产生，并且肠道中的IgA水平在无菌小鼠中显著降低。
认识了危害我们肠道健康的诺如病毒和轮状病毒后，重点在于如何防治它们。
谷禾在这里整理了一些预防诺如病毒及轮状病毒的方法，以及在出现症状之后能做的一些措施。
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✦保持手部卫生
保持良好的手部卫生是预防诺如病毒感染和控制诺如病毒传播最重要和最有效的措施。
上完厕所或换完尿布后；在吃或处理食物之前；在给自己或别人吃药之前，用肥皂和水彻底洗手。
注:诺如病毒可以在你的呕吐物或粪便中发现，甚至在你开始感到恶心之前。在你感觉好些后，这种病毒还会在你的粪便中停留两周或更长时间。在这段时间里，继续经常洗手是很重要的。
✦注意食物卫生
在准备和食用食物之前，仔细清洗水果和蔬菜。将食物彻底煮熟，避免生食。可能被诺如病毒污染的食物应该扔掉。
注：诺如病毒相对耐热，它们可以在高达145华氏度的温度下存活。
✦与病患及时隔离
患者应根据病情居家或入院隔离至症状完全消失后3天；检测呈诺如病毒阳性但无感染性腹泻症状的隐性感染者，也须居家隔离3天。
尽量不要和其他健康的家人近距离接触，尤其不要做饭或照顾老人和幼儿。
✦做好消毒工作
保持室内空气流通，每日开窗通风不少于2次，每次不少于30分钟。无人的空间可定期用紫外线对空气消毒，每次不少于30分钟。
有人呕吐或腹泻后，应立即彻底清洁和消毒整个区域:对患者呕吐物或粪便污染的环境和物品须使用含氯制剂进行消毒。在清理受到呕吐物污染的物品时，应戴塑胶手套和口罩，避免直接接触污染物。
消毒过程：戴上橡胶或一次性手套，用纸巾擦拭整个区域，然后按照产品标签上的说明，使用以漂白剂为基础的家用清洁剂消毒该区域。
将漂白消毒剂留在受影响的区域至少五分钟，然后用肥皂和热水再次清洁整个区域。最后，清洗脏衣服，倒垃圾，洗手。
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对于诺如病毒，目前尚无特效的抗病毒药物，也没有可用于预防的疫苗，出现呕吐、腹泻主要是靠对症治疗或支持疗法。
✦日常护理
应注意患者的饮食卫生，少吃生食，少吃冷食，同时注意患儿的保暖，并少去人群过于集中的公共场所。
✦预防脱水
虽然此病大部分可以自行恢复，但医生提醒，脱水是诺如病毒感染性腹泻的主要死因，对严重病例尤其是幼儿及体弱者应及时输液或口服补液，以纠正脱水、酸中毒及电解质紊乱。
✦营养治疗
腹泻营养治疗原则是饮食上进行调整，停止进食高脂肪和难以消化的食物，以减轻胃肠负担，逐渐恢复消化功能，切忌滥用抗生素。积极采取饮食治疗对恢复体力非常重要。
✦止泻治疗
诺如病毒容易引起肠道感染，患者出现反复腹泻或腹泻比较严重时，可在专业医生指导下给予止泻药物进行治疗，如蒙脱石散等。
蒙脱石散对肠道内的细菌以及病毒，具有较好的抑制作用，对于改善腹泻有较好的效果，此外，蒙脱石散还具有保护肠道黏膜的作用。不过过量服用蒙脱石散可能会造成便秘。
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轮状病毒的预防大部分与诺如病毒类似，主要还是从环境方面注意。
✦远离传染源
轮状病毒的发病一般与接触传染源有关，因此必须要主动隔离传染源，对密切接触者和患者进行严密观察和隔离，防止水源和食物被污染，而患者粪便要做好消毒工作，儿童玩具和餐具也要及时清洁消毒。
✦切断传播途径
轮状病毒可通过粪便或口腔接触传播。因此，排便后要用消毒洗手液或肥皂洗手，同时要避免接触任何受污染的物体，在疾病高发期，必须保持环境卫生和个人卫生，以此来切断病毒传播途径。
✦接种疫苗
轮状病毒感染患病率比较高，传染性强，目前最为有效的预防方法之一就是接种疫苗，能够降低发病率，轮状病毒疫苗有两种，一种是适合6个月以内的宝宝，一种是适合6个月以上的，要根据孩子的情况正确选用。
两种对抗轮状病毒A种感染的疫苗已经证明对儿童是安全而且有效的：分别是由葛兰素史克制造的“罗特律”（Rotarix®）与由默克大药厂制造的“轮达停”（RotaTeq®）。
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当自己有腹泻、恶心、呕吐、发热等症状时，大家要引起注意，及时去医院做检查，并积极地进行治疗。
✦补充电解质
轮状病毒主要造成腹泻，腹泻最主要的危害是容易出现脱水、酸碱平衡紊乱和电解质紊乱，所以预防腹泻引起的症状很重要，监测患儿有无脱水表现。
如果有轻度脱水可给予口服补液盐预防脱水，严重可通过输液纠正脱水、酸碱平衡紊乱和电解质紊乱。
✦调理肠道
尽量食用一些柔软温和的食物，部分患儿腹泻时间较长还可给予补锌治疗，因为锌是修复肠道上皮细胞很重要的微量元素，补锌能够促进肠道上皮修复。
注意：小肠绒毛要一周才能修复，再此之前患儿若喝奶粉、牛奶、蔗糖类食物，还可能延长拉肚子的时间。
✦益生菌疗法
体外试验和动物模型研究发现部分益生菌菌株，可用于治疗轮状病毒感染。
对轮状病毒相关腹泻患者的益生菌治疗产生了更短的腹泻持续时间、更少的轮状病毒脱落、更快的粪便稠度改善和更少的排便次数。
益生菌在临床试验中治疗轮状病毒的作用
Peña-Gil N,et al.Int J Mol Sci.2021
✦干扰素
近年来，干扰素(IFN)也被用来治疗轮状病毒感染、这种药可以抑制病毒在人体内的繁殖，从而减轻症状，缩短病程。
诺如病毒以及轮状病毒等肠道病毒严重影响着人们的健康。这些病毒不仅影响着肠道，还有可能对全身免疫产生影响。
同时越来越多的证据表明，细菌、真菌、古细菌等肠道微生物在维持肠道内环境稳定中的重要性。许多肠道病毒，如诺如病毒和轮状病毒，与肠道微生物群具有密不可分的联系。
对宿主、肠道微生物群和肠道病毒之间建立的复杂关系深入研究，将为新的抗诺如病毒和抗轮状病毒疗法开辟新途径。
主要参考文献
Peña-Gil N, Santiso-Bellón C, Gozalbo-Rovira R, Buesa J, Monedero V, Rodríguez-Díaz J. The Role of Host Glycobiology and Gut Microbiota in Rotavirus and Norovirus Infection, an Update. Int J Mol Sci. 2021 Dec 15;22(24):13473. doi: 10.3390/ijms222413473. PMID: 34948268; PMCID: PMC8704558.
Jenni S, Li Z, Wang Y, Bessey T, Salgado EN, Schmidt AG, Greenberg HB, Jiang B, Harrison SC. Rotavirus VP4 Epitope of a Broadly Neutralizing Human Antibody Defined by Its Structure Bound with an Attenuated-Strain Virion. J Virol. 2022 Aug 24;96(16):e0062722. doi: 10.1128/jvi.00627-22. Epub 2022 Aug 4. PMID: 35924923; PMCID: PMC9400500.
Hassan E, Baldridge MT. Norovirus encounters in the gut: multifaceted interactions and disease outcomes. Mucosal Immunol. 2019 Nov;12(6):1259-1267. doi: 10.1038/s41385-019-0199-4. Epub 2019 Sep 9. PMID: 31501514; PMCID: PMC7479810.
Peters T, Creutznacher R, Maass T, Mallagaray A, Ogrissek P, Taube S, Thiede L, Uetrecht C. Norovirus-glycan interactions – how strong are they really? Biochem Soc Trans. 2022 Feb 28;50(1):347-359. doi: 10.1042/BST20210526. PMID: 34940787; PMCID: PMC9022987.
Campillay-Véliz CP, Carvajal JJ, Avellaneda AM, Escobar D, Covián C, Kalergis AM, Lay MK. Human Norovirus Proteins: Implications in the Replicative Cycle, Pathogenesis, and the Host Immune Response. Front Immunol. 2020 Jun 16;11:961. doi: 10.3389/fimmu.2020.00961. PMID: 32612600; PMCID: PMC7308418.
Komoto S, Fukuda S, Murata T, Taniguchi K. Human Rotavirus Reverse Genetics Systems to Study Viral Replication and Pathogenesis. Viruses. 2021 Sep 8;13(9):1791. doi: 10.3390/v13091791. PMID: 34578372; PMCID: PMC8473093.
Antia A, Pinski AN, Ding S. Re-Examining Rotavirus Innate Immune Evasion: Potential Applications of the Reverse Genetics System. mBio. 2022 Aug 30;13(4):e0130822. doi: 10.1128/mbio.01308-22. Epub 2022 Jun 14. PMID: 35699371; PMCID: PMC9426431.
谷禾健康
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俗话说“病从口入”，我们的健康状况很大一部分取决于饮食。而食物基本上是由各种营养素构成的。
宏量营养素是人体大量需要的必需营养成分。宏量营养素指的是“三大”营养素：蛋白质、脂肪和碳水化合物，它们是我们饮食中的关键。
虽然术语“宏量营养素”已经存在了一段时间，但直到近几年才引起广泛关注。因为越来越多的人开始计算他们的“宏”而不是卡路里，无论是为了减肥还是想潜在的改善健康亦或健康管理（目前很多的名人，明星都加入了这一趋势）。
计算宏也是某些流行饮食计划的一个要素，例如生酮饮食，参与者计算脂肪、蛋白质和碳水化合物，希望获得更健康的饮食。
在本篇文章，我们带您一起了解有关宏量营养素和以及如何在饮食中计算它们的含量，人们是否应该开始关注和重视它们，从而获得更健康的身体。//
营养素是维持机体繁殖、生长发育和生存等一切生命活动和过程，需要从外界环境中摄取的物质。
来自食物的营养素种类繁多，根据其化学性质和生理作用可将营养素分为七大类，即蛋白质、脂类、碳水化合物、矿物质、膳食纤维、维生素和水。
根据人体对各种营养素的需要量或体内含量多少，又可将营养素分为宏量营养素（也称常量营养素）和微量营养素。
问
宏量营养素和微量营养素有什么区别？
三种主要的宏量营养素是脂肪、蛋白质和碳水化合物，需要大量它们才能为提供能量并在身体中发挥其重要作用。
微量营养素，如维生素和矿物质，对健康也是必不可少的，但需要的量较少。
答
如果按重要性对营养素进行排序，宏量营养素将位居榜首。
我们身体需要的三种宏量营养素是碳水化合物、蛋白质和脂肪，每一种都在身体中发挥着不同的、重要的作用——它们一起工作，保障我们身体的各种功能，如生长、繁殖、消化和运动，协调运转。
✦宏量营养素进行能量供应
能量供应是宏量营养素的关键作用。脂肪、蛋白质和碳水化合物等宏量营养素为我们的细胞提供能量，而微量营养素维生素和矿物质则不能。
宏量营养素通常以克为单位测量，有些人会记录一天中他们所消耗的每种宏量营养素的克数来获取更健康的身体。
宏量营养素对机体非常重要
宏量营养素除了提供能量外，每种必需的宏量营养素在体内都有重要的功能，例如参与构成和修复我们的身体组织；调节机体各种正常的生命活动。
注：含有宏量营养素的食物一般同时可以提供维生素和矿物质等微量营养素。
三种宏量营养素——蛋白质、碳水化合物和脂肪——都被认为是必需营养素（维生素、矿物质等微量元素也是必需营养素）。这些营养素被认为是“必需的”，因为身体需要它们才能正常运作。
注：这些营养元素均无法由身体自己创造，需要依赖从食物中摄入。
“术语‘宏观’意味着大而‘微观’意味着微小——我们需要大量的碳水化合物、脂肪、蛋白质宏量营养素，同时也需要微量的维生素、矿物质等微量营养素。
宏量营养素就像主角，微量营养素是饮食中的配角，每个角色对身体的健康表现都很重要。
▸矿物质
矿物质又称无机盐，是人体内无机物的总称。是构成人体组织和维持正常生理功能必需的各种元素，是七大营养素之一。
人们对一部分矿物质也比较熟悉，例如体内最丰富的矿物质包括钙、钠、钾和镁，通常毫克为单位。
★ 矿物质的作用
虽然矿物质在人体内的总量不及体重的5%，也不能提供能量，但是它们在人体组织的生理作用中发挥重要的功能。
•构成机体组织的重要成份：钙、磷、镁——骨骼、牙齿。
•多种酶的活化剂、辅助因子或组成成份：钙——凝血酶的活化剂、锌——多种酶的组成成份。
•某些具有特殊生理功能物质的组成部分：碘——甲状腺素、铁——血红蛋白。
•维持机体的酸碱平衡及组织细胞渗透压：酸性（氯、硫、磷）和碱性（钾、钠、镁）无机盐适当配合，加上重碳酸盐和蛋白质的缓冲作用，维持着机体的酸碱平衡；无机盐与蛋白质一起维持组织细胞的渗透压。
•维持神经肌肉兴奋性和细胞膜的通透性：钾、钠、钙、镁是维持神经肌肉兴奋性和细胞膜通透性的必要条件。
✦矿物质的摄入要在一个适量范围
在人体的新陈代谢过程中，每天都有一定数量的矿物质通过粪便、尿液、汗液、头发等途径排出体外，人体内矿物质不足可能出现许多症状。因此必须通过饮食予以补充。
注：根据无机盐在食物中的分布以及吸收情况，在我国人群中比较容易缺乏的矿物质有钙、铁、锌。如果在特殊的地理环境和特殊生理条件下，也存在碘、氟、砸、铬等缺乏的可能。
但是，由于某些微量元素在体内的生理作用剂量与中毒剂量非常接近，因此过量摄入不但无益反而有害。矿物质如果摄取过多，容易引起过剩症及中毒。所以一定要注意矿物质的适量摄取。
▸ 维生素
维生素是人和动物为维持正常的生理功能而必须从食物中获得的一类微量有机物质，在人体生长、代谢、发育过程中发挥着重要的作用。
维生素，一般以微克进行测量。
✦缺乏维生素影响免疫与代谢
维生素虽然不能为人体提供能量，但是参与人体的生化反应，调节人体的代谢功能，如果维生素摄入不足，会导致人体新陈代谢失去平衡，会导致免疫力下降并可能导致营养不良，易患各种疾病。
✦维生素摄入过量胃肠道紊乱、脏器负担加大
维生素也不可以补用过量的，如果维生素补用过量会造成消化系统功能紊乱，维生素都属于酸性物质，如果补多了会造成胃肠道的吸收功能失调，从而会引起胃肠道的反酸、烧心、恶心、呕吐等，严重者还会明显的出现大便不成形或者黏液脓血便、稀便等。
另外维生素补多了还会造成肝脏、肾脏的负担加大，因为维生素主要是肝脏进行分解消化，肾脏进行排泄，长期维生素摄入过多会造成慢性的肝脏和肾脏的功能减退。
注意
根据疾病控制和预防中心指出，所有微量营养素对身体都至关重要，有助于预防疾病和改善健康。
无论是微量营养素还是宏量营养素，获取它们的最佳方法是食用各种健康、新鲜的天然食物。接下来将为您具体讲解宏量营养素的摄入。
宏量营养素的摄入相对更直观便于控制
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宏量营养素指的是碳水化合物、脂类、蛋白质，这三种营养素在膳食中所占的比重大、称之为宏量营养素。
三种营养素有相同之处，同时又有自己独特的作用，无法彼此替代，下面由谷禾讲述一下这三种宏量营养素。
很多人一听到脂肪就“谈脂色变”，过多的脂肪确实会造成我们肥胖及行动不便，而且过高的血脂，很可能是诱发高血压和心脏病的主要因素。导致很多人觉得应该摄入越少越好，但脂肪不应该是人们回避的营养素。
✦脂肪对于人体是不可缺少的
作为三大主要营养素之一，脂肪也是不可缺少的。
必需脂肪酸非常重要，如亚油酸和亚麻酸、DHA和ARA。
无论是橄榄油还是野生鲑鱼，我们可能听过医生或营养师对它们脂肪的推荐或赞美。确实，我们的身体需要这些食物中脂肪和油的必需脂肪酸。
脂肪除了具有提供能量，保护内脏器官，维持体温，也是构成人体细胞很重要的组成成分，有维持细胞的功能的作用；同时参与调节内分泌激素的作用；还可促进脂溶性维生素的吸收；增加食物的美味和增加饱腹感的作用。
✦尽量选择不饱和脂肪
但是注意，在饮食中选择的脂肪类型很重要。根据研究文献和饮食白皮书，理想情况下建议降低或限制饱和脂肪和反式脂肪等“坏脂肪” ，因为这会增加你体内的低密度脂蛋白或“坏”胆固醇。
注：饱和脂肪存在于培根和香肠，而反式脂肪有时存在于加工食品中。
相反，选择单不饱和脂肪和多不饱和脂肪可以改善胆固醇，并可能降低患心脏病和中风的几率。橄榄油、牛油果和许多坚果中含有单不饱和脂肪，而鱼和亚麻籽含有多不饱和脂肪。
当然，最健康的来源是植物。植物性脂肪和油类通常来自谷物、蔬菜、坚果和豆类。
需要多少的脂肪？
从饮食中摄取足够的脂肪大部分人很容易做到。“绝大多数食物至少含有一点点脂肪，但是脂肪摄入不足与过量都不健康，如何确定自己需要多少脂肪呢？
如果有人通过计算克数(g)来计算他们的宏量，一般普通成年人每天需要40到70克脂肪，每克脂肪含有的热量大概是9大卡。
注：如果需要摄入大量健康脂肪，那么就需要适当增加摄入量。
地中海饮食降低了炎症和疾病风险
地中海饮食中烹饪时用植物油（含不饱和脂肪酸）代替动物油（含饱和脂肪酸）以及各种人造黄油，尤其提倡用橄榄油；脂肪占膳食总能量的最多35%，饱和脂肪酸只占不到7%~8%。
针对使用地中海饮食模式减少心脏病的研究表明，与常规饮食模式相比，地中海饮食中的脂肪主要来自单不饱和脂肪，有助于减少炎症和疾病风险。
地中海饮食改善了研究参与者的整体健康状况，并降低了死亡率。因为除了在烹饪中大量使用橄榄油外，可能还定期食用鱼类。为了获得omega-3脂肪对健康的益处，谷禾建议每周食用富含不饱和脂肪的鱼类2到3次。
一些优质的脂肪来源
根据哈佛大学公共卫生学院和谷禾的相关资料整理，以下是一些优质脂肪的一些来源：
单不饱和脂肪：橄榄油、花生油、菜籽油、杏仁、胡桃、榛子、南瓜籽和南瓜籽油、芝麻和芝麻油、鳄梨和鳄梨油
多不饱和脂肪：核桃、三文鱼、金枪鱼、鲱鱼、沙丁鱼、鳀鱼、鲭鱼、银鳕鱼、亚麻籽和亚麻籽油、菜籽油（同时含有单不饱和脂肪和多不饱和脂肪）
现在许多人采用富含蛋白质的饮食是有原因的。因为蛋白质在体内起着许多重要作用——它被认为是生命的基石，它参与一切生命的形成。生命的产生、存在、消亡都与蛋白质有关，没有蛋白质就没有生命。
✦身体的所有活动都离不开蛋白质
构建、修复身体
蛋白质几乎无处不在——在我们的骨骼、肌肉、头发、皮肤中等等。蛋白质由不同类型的氨基酸组成，可以构建、修复和维护我们身体。
调节生理功能
蛋白质的主要功能为调节生理功能，细胞功能、食物消化吸收、免疫调节、肌肉收缩、运送营养素、维持渗透压、体液、激素平衡等。
需要多少蛋白质？
谷禾统计研究发现，不同年龄段的人群蛋白质能量占比有所差异。每个人目标蛋白质会根据个人需求做调整，例如是否怀孕亦或是参与专业的体育运动。
一般建议每日卡路里的10%到35%来自蛋白质。哈佛大学公共卫生学院建议每9公斤体重摄入7克蛋白质。
例如一个人的体重为90公斤，那么每天的目标就是摄取70克蛋白质。
✦高蛋白饮食可能有助于减肥
有些人可能为了减肥而采用高蛋白饮食。2020年9月发表在《J Obes Metab Syndr》上分析研究得出6-12个月临床试验证明，高蛋白饮食(HPD)具有减肥效果，并且可以防止减肥后体重反弹。
高蛋白饮食下的肠道激素
在肠道衍生的激素中，胰高血糖素样肽1、胆囊收缩素和肽酪氨酸-酪氨酸会降低食欲，而生长素释放肽会增强食欲。
高蛋白饮食会增加这些降食欲激素水平，同时降低促食欲激素水平，导致饱腹感信号增加，并最终减少食物摄入量。
此外，饮食诱导的产热增加、血液氨基酸浓度增加、肝脏糖异生增加以及由较高的膳食蛋白质引起的生酮增加都有助于增加饱腹感。
✦热量限制期间摄入更多蛋白质防止肌肉流失
另一项于2022年5月发表在《Obesity》杂志上的研究发现在热量限制期间增加蛋白质摄入量可改善饮食质量并减少瘦体重的损失，摄入更多的蛋白质防止肌肉流失。
蛋白质杠杆假说 (PLH)
有一种宏量营养素调节模式被称为“蛋白质优先化”，即蛋白质杠杆假说 (PLH)。根据PLH，即特定营养素的食欲相互作用，将膳食摄入引导至特定的膳食宏量营养素平衡，并且在宏量营养不平衡的饮食中，蛋白质调节主导脂肪和碳水化合物。
在随机控制条件下证明，研究发现，试验期间体重的变化与蛋白质对能量摄入的贡献百分比呈负相关。
一个重要的优先事项是确定蛋白质杠杆是否在推动自由生活的人类的能量过度消耗和肥胖方面发挥作用，如果是这样，膳食蛋白质稀释的生态原因是什么。
研究表明，美国饮食中蛋白质的能量百分比随着肥胖的增加而下降，国家健康和营养检查调查 (NHANES) 和粮食及农业组织食物平衡表的数据都证明了这一点 。
一项针对一组青年人的回顾性研究同样发现，膳食蛋白质百分比与能量消耗之间存在预期的负相关关系。NHANES数据的一项分析强调了一类高度加工食品、超加工食品可能是美国饮食中蛋白质的稀释剂 。这与一项实验性研究一致，该研究发现，在为期14天的试验中，接受超加工饮食的住院患者摄入的碳水化合物、脂肪和总能量多于未加工饮食的患者，并且体重增加，而蛋白质摄入量在不同饮食中没有差异。然而，还没有针对大量营养素平衡、蛋白质利用不平衡蛋白质稀释饮食或膳食蛋白质稀释的生态原因对相同人口数据进行综合研究测试。
✦蛋白质摄入过量会增加心脏和肾脏负担
目前市场上有很多的蛋白粉和高蛋白产品，很多人也会选择通过蛋白粉这类产品增加蛋白质摄入。但是注意，过量的蛋白质会增加我们的卡路里摄入量，因为它不会简单地从体内排出。
如果你摄入的蛋白质多于需要，可能会导致体重增加。此外过多的蛋白质也会增加患心脏病以及肾病等的风险，尤其是当蛋白质来源含有大量饱和脂肪时。
一些优质的蛋白质来源
•动物蛋白，比如鸡肉、鱼肉、虾肉、猪肉、牛肉，这些动物的肉类当中都含有优质的蛋白质。
•植物蛋白，比如黄豆、黑豆，这些豆类中也含有许多蛋白质。
•蛋类，比如鸡蛋、鸭蛋、鹌鹑蛋，动物的蛋类也是优质蛋白质的重要来源。
•乳类，比如牛奶、羊奶也含有丰富的优质蛋白质。
✦碳水化合物是最主要的供能营养素
碳水化合物是占比最大，是重要的营养素，机体50%以上的能量由食物中的碳水化合物提供。一般组织消耗的能量均来自碳水化合物在有氧条件下氧化。
食物中的碳水化合物经过消化产生的糖，一部分以肝糖原的形式储存在肝脏，一部分以肌糖原的形式储备在骨骼肌中。肝糖原维持血糖平衡，肌糖原满足骨骼肌的需要。
一般将碳水化合物分为3个主要类型：
糖，这是一种简单的碳水化合物（例如甜点和苏打水中的糖）
淀粉，这是一种复杂的碳水化合物（比如意大利面和土豆红薯等蔬菜中）
纤维，也是一种复杂的碳水化合物（存在于许多植物性食物中，如蔬菜、水果、坚果和豆类）
当然，碳水化合物也存在于高度加工食品。通常情况下，加工程度较低的食物，例如全谷物，可以提供更多的纤维和营养，过度加工的食品对健康不利。
简单碳水化合物和复杂碳水化合物有什么区别？
当讨论碳水化合物时，日常生活中经常用“简单”和“复杂”这两个词来区分它们，但这是什么意思呢？
这里有一个简单的比喻方法来区别：
简单的碳水化合物就像一个短串珠的手镯，而复杂的碳水化合物就像一个长串珠的项链。一个是短链，另一个是长链。
长链碳水需要更长的时间来消化，并且进入血液的速度也更慢。另一方面，一条简单的或短则会迅速分解并进入血液。
✦复杂碳水相对更健康
简单碳水化合物是指糖，如果糖、蔗糖和乳糖。
复杂碳水化合物包括淀粉（蔬菜、豆类、谷物）和纤维。复杂碳水化合物对胰腺的压力较小，并能在较长时间内提供饱腹感。
有些食物由两者组成——比如水果既含有果糖又含有纤维。减缓消化的是水果中的纤维，这意味着水果在体内不等同于糖果。
✦碳水摄入过低可能导致日常所需能量不足
如果按照某些饮食（如食肉动物饮食，本质上是全肉饮食）的指示，从饮食中清除所有碳水化合物，可能会感觉不太好。因为碳水化合物为身体的所有细胞提供精神和身体任务和活动所需的能量。它们提供了身体所需能量的一大半。
减少或排除它们，你可能会感到疲倦和头昏眼花。也就是说，许多低碳水化合物饮食的成功案例并不适合所有人和长期遵循，因为饮食中应该含有一些碳水化合物。
需要多少碳水化合物？
一般建议每天45%到65%的卡路里来自碳水化合物。这意味着对于一个摄入1800卡路里热量的人来说，每天从碳水化合物中摄取810到1170卡路里热量。
如果以克为单位计算碳水化合物，则相当于每天约203g至293克碳水化合物。
碳水化合物每克约含有4卡路里，仅供参考
注意：如果要确保身体的碳水化合物来自对健康有益的来源，并且同时满足获得了充足的纤维。大多数人会忽略摄入足够的不溶性和可溶性纤维来源所带来的许多好处，关注我们文章的还可以了解膳食纤维对于维持身体健康和肠道健康的益处。
一些优质的碳水来源
绿叶蔬菜、地瓜、西兰花、菜花、豆子、鹰嘴豆、扁豆、坚果、原味、低脂或脱脂酸奶、燕麦片、藜麦、全麦面包、大麦、苹果、梨、浆果、香蕉
不太健康的碳水化合物
各种糖果、高糖分饮料，精制、加工和低纤维碳水化合物，如白面包、白米、烘焙蛋糕和饼干、披萨。
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宏量营养素之间需要保持平衡，并且由于宏量营养素提供能量，因此摄入过多的任何一种营养素可能会提供比身体每天消耗的的卡路里。
谷禾的健康检测报告评估的3大宏量营养元素：蛋白质，脂肪，碳水化合物是一个百分比的结构，其中一个营养元素太高，其它就会低。
这意味着，如果你摄入高水平的蛋白质，那么其它两项常量营养素就会相对低，而且同时也会不经意地摄入比您需要的更多的卡路里。
那么我们应该如何做到均衡的饮食呢？
宏的计算公式
通过计算宏量营养素（简称宏）的相对含量，我们可以相对地做到饮食均衡。
宏的计数公式是什么？
首先，计算出你一天要摄入多少卡路里，然后估计出你的宏观目标。如果想采用生酮饮食且每天摄入2,000卡路里热量，那么你可能希望大约70%的卡路里来自脂肪。因此，将2,000乘以0.70得到1,400卡路里，那是你的脂肪宏观目标。
计算宏时，卡路里重要吗？
关注宏量营养素需要付出努力，并且不同的人可能会有不同的宏量营养素目标。但大部分国家的膳食指南建议31至50岁女性的宏量百分比如下：
45%到65%的卡路里来自碳水化合物
20%到35%的卡路里来自脂肪
10%到35%的卡路里来自蛋白质
因此，假如一个人的目标是每天摄入1800卡路里的热量，他们可能需要810卡路里来自碳水化合物 (45%)，630卡路里来自脂肪 (35%)，360卡路里来自碳水化合物每天摄入蛋白质 (20%)。
通常，碳水化合物每克含有4卡路里热量，脂肪每克含有9卡路里热量，而蛋白质每克含有4卡路里热量。
因此，如果同一个人在1800卡路里的饮食中关注克数，他们每天需要大约203克碳水化合物、70克脂肪和90克蛋白质。
尽量计算宏量比计算卡路里更好吗？
计数宏确实比计算卡路里有一些好处。计算卡路里并不能说明您所吃食物的质量，与之不同，计算宏量可以带来更健康、更均衡的饮食选择。
例如，当你计算卡路里时，可能会从碳水化合物中获取大部分卡路里，而可能会错过宝贵的健康脂肪和蛋白质。
✦精确饮食有助于身材管理
此外，如果想更具体地定制饮食计划，公式会变得更加复杂。例如，在计算每天要摄入的卡路里目标数量时，还要考虑身高、体重、年龄和性别。
那么，为什么有这么多人致力于精确营养计算或计算宏呢？目前大多数计算宏的人这样做是为了减肥或优化运动或锻炼中的身体表现。未来不排除更多的人为了健康目标而加入这个“事业”。▼
计算宏在人群之中逐渐流行。那么宏观计数有哪些潜在的好处呢？
•它可以帮助您开始更健康、更均衡的饮食
如果你不知道自己一天吃什么或者只关注卡路里，那么了解什么是宏以及正在食用哪些宏营养元素可能有助于你养成更健康的饮食习惯。
一袋薯片所含的卡路里与一片全麦面包和半个鳄梨所含的热量相似，但其中一种能为你提供饱腹感及营养，对身体有益，而另一种则不能。
例如，半个鳄梨含有超过10克对身体有益的脂肪、约 6 克碳水化合物（以及近 5 克有益纤维）和近 2 克蛋白质。
计算宏量可以让饮食更健康、均衡，但如果它导致强迫性测量并干扰正常的日常生活，比如与朋友外出就餐，就不建议长期坚持下去。对许多人来说，有条不紊地追踪常量营养素会变得乏味。
目前有多检测可以评估膳食宏量营养元素的摄入，比如通过菌群检测，营养素分析等。
•它可以帮助你减肥（但这是有争议的）
关于计算宏量是否有助于减肥尚无定论，任何宏量摄入过多都会导致体重增加。但根据2017年8月糖尿病研究杂志发表的一项研究，经常追踪饮食的人长期减肥成功的几率更高。
一些人认为高蛋白饮食有助于人们减肥，但是美国梅奥诊所指出坚持高蛋白饮食长期以来，它与健康问题有关，例如增加患心脏病的风险。
出于同样的原因，计算碳水化合物并增加脂肪，同时将蛋白质限制在适量（生酮的标志性特征），以实现快速减肥而著称。
事实上，健康专家对这种饮食方式仍存在分歧。并非所有研究都表明它具有优势。例如， 加拿大家庭医生对2018年12月发表的13项随机对照试验的评论的作者发现，与低脂饮食相比，生酮饮食与一年后体重减轻约4.5磅（约20.4公斤）有关。但其他研究发现两个计划产生了相似的结果。更重要的是，酮的减肥效果很难保持。▼
计算宏需要时间，很多人太忙而没有时间保持这个习惯。在日常生活里，发现这种营养方法的其他困难之处。
•计算宏可能忽略了卡路里总量
许多专注于计算宏量营养素的人都在尝试获取更多的一种特定营养素并减少其他营养素，例如少吃脂肪或多吃蛋白质。不过，有些专家并不认为以这种方式进食会带来积极的结果。研究最终表明，来自任何常量营养素来源的过量卡路里都会导致体重和脂肪增加，即使是蛋白质也是如此，尽管高蛋白饮食通常与体重减轻有关。
相比之下，卡路里限制，无论宏量营养素阈值如何，都会导致体重减轻。
例如，一项评论得出的结论是，在减肥方面，低脂饮食并不比高脂饮食更成功。为了减少了脂肪，但没有改善饮食质量，更多人变得越来越胖，越来越病。
•经常计算宏可能导致强迫症或饮食失调
记录消耗的宏量营养素可能会带来不良后果。与任何饮食一样，计算宏量，就像计算卡路里一样，会变成对你吃什么和吃多少的不健康的痴迷，这会导致饮食失调和其他健康问题。
•准确计数可能较困难
计数宏的另一个缺点是它很难做到精准。许多食物含有大量营养素的组合，除非你是一位知道你所吃的每一种食物的分解的食品科学家，否则很难确切地知道自己在吃什么。
包装食品可能会在包装盒上清楚地标明每份宏量的数量，但大多数健康的天然食品（您想要放在盘子里的那些）如水果和蔬菜都没有营养标签，因此可能需要处理处理转换数据才能得到。
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随着越来越多的人们开始关注饮食健康，膳食中的三大宏量营养素应该占一个合适比例。
《中国营养学会》建议碳水化合物占总能量的55%-65%、脂肪占20%-25%，蛋白质占10%-15%，这个比例可以根据具体情况上下幅度内进行调整。
谷禾的健康报告中也含有营养元素的构成分析，可以借此来及时判断自我的健康状况。
虽然宏量营养素是我们饮食中不可或缺的一部分，但是日常生活中不必时刻计算他们，只需要保持饮食多样化，多考虑食物种类。通过一些食物的多样化可以满足我们的日常营养需求，帮助提升健康水平。
综上所述，掌握膳食中三大宏量营养素的摄入，对于保持良好的饮食健康是十分重要。主要参考文献：
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