01

發(fā)酵食品被定義為“通過理想的微生物生長和食物成分的酶促轉化制成的食品”。

許多發(fā)酵食品已被證明通過不同的方式對人體具有促進健康的作用，包括生物活性分子的合成、腸道微生物群的調節(jié)以及與免疫系統(tǒng)的相互作用。

?發(fā)酵食品產(chǎn)生多種代謝物，促進有益作用

在食品發(fā)酵過程中，微生物進行酶促轉化，提供多種具有不同生理活性的代謝產(chǎn)物(多肽、低聚糖、游離氨基酸、改性多酚、有機酸等)。

這些轉化發(fā)生在食物攝入之前，發(fā)酵食品也是微生物進入我們腸道的絕佳載體，與我們的微生物群的其他成員一起，可以轉化和代謝我們腸道中的食物成分，產(chǎn)生具有不同功能的微生物代謝物(短鏈脂肪酸、維生素、細菌素等)。

據(jù)報道，某些發(fā)酵食品或其成分能夠以某種方式促進有益的效果，而這些效果有時與我們微生物群的變化有關。在本節(jié)中，我們將討論發(fā)酵食品對微生物群的影響及其可能的有益作用。

發(fā)酵乳制品對健康的影響已經(jīng)被深入研究了一個多世紀，但直到最近，隨著新的組學技術和大規(guī)模測序方法的使用，我們才能夠詳細了解食用發(fā)酵乳制品對微生物群的影響。

·酸奶有助于改善乳糖消化不良

酸奶是研究最多的發(fā)酵乳制品之一。它是通過兩種乳酸菌（德氏乳桿菌保加利亞亞種和嗜熱鏈球菌）在牛奶中的聯(lián)合活性獲得的。歐洲食品安全局已經(jīng)認識到酸奶發(fā)酵劑的有益作用，認為活酸奶培養(yǎng)物可以改善乳糖消化不良患者的乳糖消化。

·飲用酸奶增加了嗜熱鏈球菌，減少了擬桿菌豐度

一些動物模型的臨床前研究表明，長期攝入酸奶改變了小鼠菌群中擬桿菌門(Bacteroidetes)和厚壁菌門(Firmicutes)之間的比例，并增加了鏈球菌科（Streptococcaceae）成員的數(shù)量，這可能是由于攝入了酸奶中存在的嗜熱鏈球菌(S. thermophilus)。

此外，一些在人體中進行的干預試驗表明，飲用酸奶會增加人體微生物群中的一些細菌數(shù)量：其中，乳酸菌的豐度較高，而擬桿菌（Bacteroides）的種類則相應減少。

奶酪，也是一種發(fā)酵的牛奶制品，其性質與酸奶有相似之處，都是通過發(fā)酵過程來制作的，也都含有可以保健的乳酸菌，但是奶酪的濃度比酸奶更高，近似固體食物，營養(yǎng)價值也因此更加豐富。

·食用奶酪可以增加產(chǎn)丁酸鹽細菌豐度，可能緩解特應性皮炎

研究了奶酪和乳制品引發(fā)腸道微生物群變化并促進相關健康影響的能力。最近進行了一項健康食品選擇與腸道微生物群組成之間的廣泛關聯(lián)研究，表明α多樣性與低脂奶酪之間存在強烈的正關聯(lián)。

臨床前研究報告稱，給小鼠服用奶油奶酪后，產(chǎn)生丁酸鹽的細菌水平增加，T細胞(Treg)介導的免疫反應和IgE水平降低，表明對緩解特應性皮炎有潛在的有益作用。

·奶酪中的發(fā)酵菌可以存在人體一段時間

在人類中，兩項干預試驗評估了食用卡門貝爾奶酪對不同腸道菌群成員的影響，結果表明，食用奶酪后糞腸球菌（Enterococcus faecalis）的豐度顯著增加，并且卡門貝爾奶酪中存在的微生物，如乳酸乳球菌（Lactococcus lactis）、腸膜明串珠菌（Leuconostoc mesenteroides）和白地土菌（Geotricum candidum），在食用奶酪期間出現(xiàn)在個體的糞便中。在停止干預15天后，糞便樣本中存在腸膜明串珠菌。

開菲爾是一種由微生物混合物發(fā)酵的產(chǎn)品，通常包括幾種乳酸菌和酵母，其發(fā)酵和生產(chǎn)過程根據(jù)其生產(chǎn)的地理區(qū)域和傳統(tǒng)的細化過程而顯著變化。

因此，很難對開菲爾的效果得出一般性的結論，更謹慎的做法是根據(jù)所研究的開菲爾的類型來具體說明這些效果。

·改善機體代謝，抗肥胖

有證據(jù)表明，食用開菲爾可能有有益的代謝作用。開非爾能夠調節(jié)嚙齒動物體內的微生物群組成。向肥胖的人類微生物群相關大鼠喂食西藏開菲爾牛奶表明，微生物群變化與膽汁酸和氨基酸代謝有關。

此外，連續(xù)四周每天給小鼠服用克非爾顯示了對厚壁菌門/擬桿菌門比率的影響，以及對性能和身體疲勞的改善。

·改善炎癥性腸病、代謝綜合征

一項針對炎癥性腸病患者的隨機對照試驗表明，定期食用開非爾可以改善生活質量，減少腹脹。

此外，一項平行組隨機對照干預試驗顯示，代謝綜合征患者接受開菲爾12周后，在開菲爾組中放線菌的相對豐度增加，對代謝綜合征標志物有一些有利的影響。

·還可能影響宿主行為和免疫狀態(tài)

對小鼠施用開非爾還被證明可以增加短乳桿菌（Lactobacillus brevis）的流行率和微生物群產(chǎn)生γ-氨基丁酸的能力，影響宿主行為和免疫狀態(tài)。

這些臨床前證據(jù)表明，開非爾對宿主的微生物群和代謝有影響，包括肥胖、糖尿病、肝臟和心血管疾病、免疫和神經(jīng)系統(tǒng)變化。

除了發(fā)酵乳制品外，關于其他動物性發(fā)酵食品調節(jié)微生物群的信息較少。然而，有證據(jù)表明植物發(fā)酵食品對腸道微生物群的影響，以及其與健康影響的潛在關系。

在這方面，酸菜、泡菜、紅茶菌和其他發(fā)酵的植物性食物已經(jīng)被研究過，并顯示出對腸道微生物群的不同影響，盡管需要更多的證據(jù)來建立它們對人類健康的明確聯(lián)系。

·低蛋白飲食相關細菌減少、影響升糖反應

酸面包是一種發(fā)酵食品，也顯示出了顯著的效果。采用元蛋白質基因組學方法分析了酸面包對大鼠微生物組的影響，結果顯示低蛋白質飲食相關的細菌類群減少。

在另一項研究中，食用手工酸面包引起的升糖反應與食用工業(yè)白面包不同。這些反應是個體特異性的和微生物相關的。

每個人的血糖反應可以根據(jù)干預研究前確定的微生物組譜進行預測。

·促進脂肪酸分解代謝

關于發(fā)酵豆制品，一些臨床研究顯示了微生物群調節(jié)活性和各種生理效應。在嚙齒動物中研究了大豆發(fā)酵產(chǎn)品對代謝過程的影響，表明發(fā)酵大豆能夠促進小鼠脂肪酸分解代謝和主要細菌門的變化。

·影響其他代謝物水平

鼠李糖乳桿菌發(fā)酵的豆?jié){通過增加一些細菌類群，如擬桿菌（Bacteroides），對小鼠微生物群有影響，這是一種通過尿液排泄的異黃酮代謝物的來源。

此外，用解淀粉芽孢桿菌（Bacillus amyloliquefaciens）發(fā)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)種群的增加和腸桿菌（Enterobacteriales）的減少，以及其他微生物群的變化。

·改善認知功能

值得注意的是，在小鼠中攝入植物乳桿菌發(fā)酵的大豆后，觀察到對認知功能的積極影響，以及乳酸菌和雙歧桿菌種群的增加。

含有植物乳桿菌（L.plantarum C29）的發(fā)酵產(chǎn)品在一組輕度認知障礙患者中進行的為期12周的人類臨床試驗中顯示出認知能力的改善。

·可能改善皮膚狀況

最后，攝入含有干酪乳酸菌代田株(Lactobacillus casei Shirota)的發(fā)酵豆乳對健康絕經(jīng)前日本女性的皮膚狀況有顯著影響，乳酸菌和雙歧桿菌的數(shù)量有增加的趨勢，而腸桿菌科和紫單胞菌科(Porphyromonadaceae) 的數(shù)量則有下降的趨勢。

02

由于各種食物已經(jīng)證明了調節(jié)特定細菌和腸道微生物群整體結構的能力，因此短期和長期的飲食模式可以影響腸道微生物組的構成和良好功能。

★ 飲食對腸道菌群的多樣性至關重要

我們腸道菌群的多樣性可能反映了我們飲食的多樣性，因此，飲食可能是我們控制和平衡腸道菌群組成和代謝的最強大的武器。

以下部分旨在概述過去幾年來產(chǎn)生的關于不同飲食和飲食習慣對調節(jié)腸道菌群的潛力的一些現(xiàn)有知識。

西式飲食、地中海飲食和素食這幾種可能是世界上最常見的人類飲食模式，每一種都與一些特定的健康/疾病狀況有關。

?不同飲食模式的差異主要是碳水化合物和纖維的含量

宏量和微量營養(yǎng)素方面的顯著差異決定了這些飲食模式，其中復合碳水化合物和纖維的含量可能是最顯著的之一。

事實上，復雜的碳水化合物和纖維可能是產(chǎn)生最確鑿證據(jù)的食物成分，它們是腸道菌群的有益調節(jié)器，在碳水化合物消耗僅24小時后就會發(fā)生快速轉變。

西式飲食，是一種以高含量精加工糖和碳水化合物、高含量飽和脂肪酸、高含量動物蛋白以及低含量膳食纖維為特征的一種現(xiàn)代飲食方式，不能否認的是這種飲食好吃還容易上癮。

?西式飲食導致易患許多代謝疾病

這種飲食模式在人類歷史上是最近才出現(xiàn)的，通常與城市生活方式有關，通常與炎癥和代謝疾病有關，包括2型糖尿病和肥胖等。

?西式飲食下的腸道微生物顯著改變

此外，在將祖先生活方式和農業(yè)人口的飲食與西方化生活方式的飲食進行比較時，觀察到腸道微生物群的組成發(fā)生了顯著變化，總體特征是纖維降解細菌的減少和蛋白質代謝細菌的增加。

變形菌、擬桿菌等蛋白質代謝菌較豐富

最近的研究已經(jīng)指出，與這些生活方式相關的一些疾病生物標志物可能是通過西方飲食對腸道微生物群的干擾作用介導的，其特點是多樣性低。

蛋白質和膽汁代謝細菌占主導地位，包括產(chǎn)生三甲胺n-氧化物(TMAO)的物種，變形菌和擬桿菌通常更為豐富。

事實上，在動物模型中，西方化飲食的引入會迅速轉化為微生物群的變化，并增加感染和代謝疾病的風險，在向新動物移植不良微生物群后，這些表型可以重現(xiàn)。

這表明，飲食模式影響人類健康的一些機制是通過調節(jié)腸道微生物群來實現(xiàn)的，并表明通過飲食調節(jié)腸道微生物群可能會降低一些疾病風險。

地中海飲食的特點是大量攝入新鮮水果、蔬菜、豆類和全谷物，同時攝入少量動物蛋白、加工食品和飽和脂肪。

?地中海飲食改善代謝、降低慢性病患病率

長期以來，這種飲食習慣與改善代謝和心血管健康、健康老齡化、降低死亡率和慢性疾病患病率有關。

纖維降解細菌豐度增加、短鏈脂肪酸增加

其中一些影響與腸道菌群特征及其相關代謝組和免疫調節(jié)的特定變化有關。就地中海飲食對腸道菌群的具體影響而言，它通常與纖維降解物種的高度多樣性和代表性有關，如普雷沃氏菌（Prevotella）和毛螺菌屬(Lachnospira)。

其代謝導致短鏈脂肪酸的產(chǎn)生;以及一些瘤胃球菌的減少。事實上，嚴格堅持地中海飲食的人的短鏈脂肪酸水平似乎更高。

值得注意的是，與地中海飲食相關的有益腸道菌群調節(jié)并不完全與其長期食用有關，因為飲食習慣向這種模式轉變，即使是相對較短的時間，通常也會改善微生物和健康生物標志物，這在各種炎癥、代謝和認知障礙的動物模型以及人類臨床試驗中都得到了證明。

例如，對一組超重和肥胖的參與者進行了8周的地中海飲食干預，即使在保持能量攝入的情況下，也導致微生物群多樣性顯著增加，纖維降解細菌的表現(xiàn)包括普拉梭菌、一些擬桿菌屬和一些羅氏菌屬、顫螺菌屬和毛螺菌，這些細菌負責短鏈脂肪酸的產(chǎn)生，包括丁酸鹽生產(chǎn)者。其中一些還被認為具有抗炎特性。

?有效改善炎癥

此外，在飲食干預后，潛在的促炎細菌(如Ruminococcus gnavus)減少，膽固醇水平、炎癥標志物和胰島素抵抗全面改善。

地中海飲食對腸道菌群結構的好處也在其他健康受試者的隊列中被揭示出來。在歐洲各國的老年人群中進行了一項大型飲食干預試驗，表明在12個月的時間內堅持地中海飲食模式有利于調節(jié)微生物群中的關鍵物種，導致與較低虛弱和改善認知功能標志正相關的類群的豐富，并與炎癥負相關，包括以下幾種菌屬：

普拉梭菌（Faecalibacterium）；

羅氏菌屬(Roseburia)；

優(yōu)桿菌屬（Eubacterium)；

多型擬桿菌（Bacteroides thetaiotaomicron）；

普雷沃氏菌（Prevotella）。

素食是一種不食肉等動物產(chǎn)品的飲食方式，有時也戒食奶制品和蜂蜜。在另一個極端，許多研究評估了長期素食和雜食飲食對微生物群、代謝組和疾病風險的影響。

?素食對健康促進的具體作用暫不明確

長期以來，素食飲食一直被認為具有促進健康的作用，但與雜食性飲食相比，素食飲食也可以培養(yǎng)不同的腸道微生物群結構，總體上增加了多樣性和豐富性;擬桿菌（Bacteroidetes）經(jīng)常以較高的相對頻率出現(xiàn)。

然而，報告了一些相互矛盾的結果，一些控制良好的喂養(yǎng)研究發(fā)現(xiàn)，生活在同一地理區(qū)域的雜食性和素食者之間的腸道微生物群只有適度的差異。不過兩組在代謝組中都表現(xiàn)出很大的差異，這可能部分歸因于微生物群產(chǎn)生的代謝物。

還有一種與潛在微生物群調節(jié)能力相關的飲食模式是低FODMAP飲食。

什么是FODMAP？

其特點是可發(fā)酵低聚糖、雙糖、單糖和多元醇的含量降低，雖然其中一些成分可能作為益生元對健康受試者的腸道菌群進行有益的調節(jié)，但它們也可能引發(fā)腸易激綜合征(IBS)和其他腸道疾病患者的不良反應。

?緩解腸易激綜合征

低FODMAP飲食長期以來可以證明緩解了腸易激綜合征患者的癥狀，但其有益效果似乎強烈依賴于患者的基礎微生物群特征。

?影響健康促進有關細菌的豐度

在微生物區(qū)系水平上，F(xiàn)ODMAP消耗的減少通常會導致一些與健康促進有關細菌的腸道減少，如：

普拉梭菌（Faecalibacterium Prausnitzii）↓↓↓

雙歧桿菌（Bifidobacterium）↓↓↓

嗜黏蛋白阿克曼菌（Akkermansia）↓↓↓

巨球型菌屬（Megasphaera）↓↓↓

片球菌屬（Pediococcus）↓↓↓

放線菌（Actinobacteria）↓↓↓

以及產(chǎn)生丁酸鹽的細菌減少

同時伴隨著其他氣體消耗細菌的增加，如雌馬酚產(chǎn)生者Adlercreutzia，甚至是Ruminococcus torques。細菌通常在腸易激綜合征患者中檢測到高豐度。

因此，低FODMAP飲食可以導致癥狀的改善，盡管所涉及的機制尚不清楚，但是同時，也可以誘導更明顯的腸道菌群失調。

有趣的是，低FODMAP飼糧降低了結腸pH值和細菌總數(shù)，而短鏈脂肪酸濃度不受影響，這進一步支持了低FODMAP飲食下腸道菌群代謝中存在重要的重組。

雖然人們普遍認為地中海和素食飲食可以改善腸道微生物群的多樣性和纖維降解細菌的表現(xiàn)，但在不同的研究中，一些具體的類群有所不同，這阻礙了在飲食模式、微生物群變化和健康反映之間建立具體的因果關系。

這可以歸因于不同食物組合的可變影響，以及對飲食干預的反應可能高度依賴于基礎腸道微生物群組成，以及其他個體遺傳和環(huán)境特征、宿主遺傳、季節(jié)、地理和文化差異。

在考慮將飲食干預作為精確調節(jié)腸道微生物群的手段時，另一個需要考慮的關鍵方面不僅是宏觀和微量營養(yǎng)素的具體組成，還包括攝入次數(shù)、飲食行為和飲食干預的持續(xù)時間。

一般來說，雖然相對短期的飲食干預足以對腸道菌群產(chǎn)生可測量的影響，但在恢復習慣性飲食后，這些變化會迅速恢復，甚至，根據(jù)基礎菌群配置，可能需要更大的干預才能產(chǎn)生明顯的效果;建議永久性的飲食適應，以確保提供持續(xù)的基質來源，為有益的腸道種群提供燃料及其相關的長期益處。

因此，雖然在該領域已經(jīng)取得了重大進展，但為了建立旨在通過調節(jié)腸道微生物群來改善人類健康的個性化飲食策略，有必要進行進一步的研究。

03

益生菌被定義為“當施用足量時，對宿主的健康有益的活微生物”。

益生菌已被認為在不同水平上發(fā)揮其有益功能，包括:

·營養(yǎng)物質的代謝，以促進消化，產(chǎn)生維生素或具有全身作用的分子；

·神經(jīng)系統(tǒng)信號的改變；

·免疫調節(jié)的誘導；

·對生理應激的保護；

·直接和間接的病原體拮抗；

·改善腸道上皮的屏障功能；

·調節(jié)微生物

益生菌可以在不同程度上對宿主產(chǎn)生有益作用

這些功能可以是接觸依賴的或由表面分子介導的，如脂磷酸和梭酸依賴菌毛，或由分泌分子介導的，如短鏈脂肪酸和細菌素。

總的來說，突出了免疫調節(jié)和病原體拮抗活性，它們對于維持腸道微生物組中細菌群落與宿主之間的平衡至關重要。

一些研究，不僅在體外和動物模型中，而且在人類志愿者中，分析了益生菌對與人類疾病相關的特定細菌病原體或群體的抑制作用，如產(chǎn)氣莢膜梭菌 (Clostridium perfringens)、腸炎沙門氏菌（Salmonella enteritidis）和大腸桿菌（Escherichia coli）;以及其對生理或炎癥標志物和免疫特征的影響。

益生菌也被認為能夠調節(jié)整體腸道微生物群。事實上，有人提出所需的益生菌效果與腸道中的微生態(tài)變化有關。

?益生菌治療改變了腸道微生物組成

對動物模型的不同研究表明，用不同菌株的乳酸菌和雙歧桿菌以及其他微生物(如布拉氏酵母菌)進行治療，明顯影響小鼠腸道的微生物群組成，促進微生物群落的結構和功能的變化。

注：這些研究大多使用細菌計數(shù)或qPCR分析來研究腸道微生物群分布的變化，只獲得了生態(tài)系統(tǒng)的一小部分圖像。在這方面，隨著下一代測序技術和生物信息學工具的發(fā)展，我們可以對腸道微生物組進行更深入的研究，不僅可以從結構和組成層面，還可以從功能層面深入研究益生菌對微生物群落的影響。

緩解肥胖相關的腸道微生物失調

在動物模型上報道了鼠李糖乳桿菌、嗜酸乳桿菌、植物乳桿菌、兩歧雙歧桿菌、長雙歧桿菌和糞腸球菌對飲食誘導的肥胖小鼠腸道微生物群的調節(jié)作用，緩解了飲食誘導的肥胖和相關的腸道微生物群失調。

此外一些益生菌，如茯磚茶中的冠突散囊菌(Eurotium cristatum)，也顯示出調節(jié)腸道真菌和細菌群落的能力，表現(xiàn)出與健康動物中觀察到的情況更接近的特征，并減輕飲食引起的肥胖癥狀。

下面是益生菌調節(jié)腸道菌群的一些證據(jù)：

益生菌對微生物群的調節(jié)在人類中并不明顯，因為有的研究顯示了相互矛盾的結果?？赡苓€需一系列深入研究來了解益生菌對人體腸道微生物群的具體影響。

下面是存在爭議的一些數(shù)據(jù)：

?特定菌屬水平增加，整體菌群組成變化不大

一些研究報道，益生菌不影響整體菌群組成，但可以改變特定屬的比例。

例如，在高危特應性疾病嬰兒中，在產(chǎn)前最后階段和出生后第一年攝入益生菌混合物促進了雙歧桿菌和乳酸桿菌水平的增加，但在腸道微生物組中沒有檢測到顯著變化。

同樣，在一組有功能性便秘癥狀的個體中，混合使用益生菌的干預促進了瘤胃球菌（Ruminococcus）水平的增加和丹毒絲菌科(Erysipelotrichaceae) 成員的減少，但α多樣性指數(shù)和整體微生物組組成顯示出與安慰劑組檢測到的水平相似。

在一組HIV感染個體中，在使用鼠李糖酵母菌GG干預8周后，也描述了相同的趨勢。

?增加與健康相關共生細菌，減少病原體相關細菌

其他研究表明，益生菌可以引起腸道微生物種群的變化，增加與健康相關的共生細菌的水平，減少與病原體相關的群體，甚至恢復被改變的微生物群落的平衡。

在這方面，干酪乳桿菌（Lactobacillus casei Lcr35）在一組患有急性腹瀉的兒童中，促進了擬桿菌、糞桿菌和瘤胃球菌屬的增加，并降低了大腸桿菌和梭狀芽孢桿菌的水平。

在一項針對乳糖不耐受患者的研究中，使用B.longum BB536和L.rhamnosus HN001進行30天的干預也導致腸道微生物組成發(fā)生積極變化。

在感染幽門螺旋桿菌的患者中也觀察到了這種趨勢。他們報告了多重耐抗生素的屎腸球菌LAB制劑與抗生素聯(lián)合使用時，在正常腸道微生物群方面的有效效果，防止α多樣性值的下降，并恢復受抗生素治療影響的微生物群的水平。

同樣，在一組患有早期敗血癥的成年人中，益生菌的干預導致α多樣性的增加以及益生菌的增加，如不同種類的乳酸菌（Lactobacillus）和屎腸桿菌（E.faecium）。

此外，一些研究表明，益生菌不僅可以引起特定細菌種群的變化，還可以引起相關微生物群代謝物的變化。

?肝硬化患者腸道失調得到改善

在肝硬化患者中，攝入8周鼠李糖乳桿菌GG不僅能調節(jié)腸道微生物組，降低腸桿菌科（Enterobacteriaceae）和紫單胞菌科(Porphyromonadaceae)的相對豐度，增加共生菌毛螺菌科(Lachnospiraceae)和瘤胃球菌科(Ruminococcaceae)的豐度，還能調節(jié)代謝物的分布，從而改善腸道生態(tài)失調和微生物-代謝組的聯(lián)系。

在攝入增強結腸短鏈脂肪酸生成的發(fā)酵牛奶后，也有類似的趨勢被報道；在乙型肝炎誘導的肝硬化患者中攝入含有丁酸梭菌(C.butyricum)和嬰兒雙歧桿菌（Bifidobacterium infantis）的益生菌混合物3個月后，促進了不同腸粘膜屏障完整性生物標志物的改善。

考慮到來自動物模型和人體試驗的這一證據(jù)，最近有人提出將益生菌作為預防和治療結直腸癌的新策略。

注：迄今為止，缺乏針對人類患者的研究，專注于分析益生菌對與CRC相關的腸道菌群紊亂的可能調節(jié)作用。

?健康人群病原相關菌豐度下降

就健康人群而言，只有少數(shù)干預研究分析了益生菌攝入量對腸道微生物群的影響，而腸道微生物群可以根據(jù)參與者的年齡進行分類。

在一項對3至12個月大的嬰兒的研究中，使用三種益生菌菌株進行干預(B.longum subsp. infantis R0033, Lactobacillus helveticus R0052和B. bifidum R0071)。8周后，一些病原相關類群如柯林斯菌屬(Collinsella)，腸球菌（Enterococcus）和克雷伯氏菌（Klebsiella），糞桿菌（Faecalibacterium）和瘤胃球菌（Ruminococcus）水平下降。

此外，在干預期間，一些細菌群保持穩(wěn)定，而在安慰劑組中，它們增加了，如大腸桿菌志賀氏菌(Escherichia-shigella)和韋榮氏球菌屬（Veillonella）的情況下

增加有益細菌，減少病原體相關菌的一些證據(jù)：

?產(chǎn)丁酸鹽細菌增加

此外，每天食用兩歧歧桿菌（B.bifidum strain Bb）4周會影響糞便微生物群中優(yōu)勢類群的相對豐度，并調節(jié)糞便丁酸鹽水平，因此作者觀察到普雷沃氏菌(Prevotellaceae)的數(shù)量減少，而瘤胃球菌(Ruminococcaceae)和Rikenellaceae的比例更高。

這些研究支持了之前的研究，即益生菌對腸道菌群的調節(jié)作用。有趣的是，最近有人提出了益生菌“ salami”的潛力，盡管微生物組的整體結構沒有發(fā)現(xiàn)顯著變化，但攝入益生菌薩拉米會促進產(chǎn)生丁酸鹽的細菌的增加。

在益生菌攝入過程中檢測到粘附相關基因的差異表達和大量參與細菌運動性的基因，提示益生菌干預可以通過調節(jié)其表達模式來調節(jié)腸道微生物組。

總之，在過去的幾十年里，大量的科學報告已經(jīng)證實了益生菌對宿主健康的積極作用。然而，盡管存在不同的動物模型和人體研究，顯示益生菌可能對腸道微生物群落及其功能具有調節(jié)作用，但在人體試驗中報道的還存在一定的爭議。

現(xiàn)有的研究使用了不同的益生菌菌株、廣泛的年齡范圍、疾病和疾病狀態(tài)，以及攝入不同飲食和營養(yǎng)素的志愿者;因此，研究組表現(xiàn)出較高的個體內部和個體間的變異性，使得閱讀結果變得困難。

另一方面，正如前面提到的，我們必須考慮到益生菌的作用不僅取決于菌株，還取決于基礎微生物群，而最常用的益生菌(主要屬于乳酸桿菌和雙歧桿菌)不一定在腸道定植，并且可以在益生菌干預后釋放，從而使確定益生菌調節(jié)宿主腸道微生物群的具體機制變得更加復雜。

為了闡明益生菌對腸道環(huán)境和微生物群影響的分子機制，我們應該進一步研究更大、更均勻的群體，也許還應該研究從人類腸道環(huán)境中分離出來的下一代益生菌，它們能夠在腸道粘膜上定植，產(chǎn)生長期效應。

04

益生元概念首次定義為“不易消化的食物成分，通過選擇性地刺激一種或少數(shù)已經(jīng)存在于結腸中的細菌的生長或活性而有益地影響宿主”。

然而，這一概念多年來一直在發(fā)展。當前的國際益生菌和益生元協(xié)會共識小組提出了以下益生元的定義:“一種被宿主微生物選擇性利用的對健康有益的底物”。

應該指出的是，目前確立的益生元是基于碳水化合物的，盡管其他物質如酚類化合物和多不飽和脂肪酸轉化為各自的共軛脂肪酸可能符合這一定義。

幾十年來，只有少數(shù)幾類碳水化合物被認為是益生元，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。

一些益生元及相關研究

·人乳寡糖

人乳寡糖包括由5個單體(葡萄糖、半乳糖、n-乙酰葡萄糖胺、焦糖和唾液酸)通過多達12個不同的a-和b-糖苷鍵結合形成的廣泛的低聚糖結構。

·低聚果糖

另一方面，低聚果糖是通過蔗糖的果糖轉基化或菊粉的部分水解獲得的，是唯一主要由果糖單位組成的碳水化合物。

·低聚半乳糖

相比之下，低聚半乳糖包括含有b鍵的b-GOS和來自乳糖延伸的b-GOS，以及存在于各種蔬菜來源中的a-GOS，如棉子糖和水蘇糖。

·其他益生元

許多研究通過動物模型來評估體內益生元化合物的潛在生物活性。

?增強代謝和生物利用度

通過16S rRNA基因測序和鳥槍法測序，大鼠給予低聚果糖和低聚半乳糖可導致普雷沃氏菌（Prevotella）水平升高，并由于普雷沃氏菌的代謝功能而增強了人參總苷的生物轉化和生物利用度。

深度宏基因組測序實驗已經(jīng)報道了低聚果糖在高脂飲食喂養(yǎng)小鼠中促進了以下菌群的生長：

Allobaculum  ↑↑↑

Oribacterium  ↑↑↑

普雷沃氏菌（Prevotella） ↑↑↑

并降低了以下菌群：

嗜膽菌屬(Bilophila)  ↓↓↓

Butyrivibrio LE30  ↓↓↓

鳥槍測序分析還顯示，菊粉處理的高脂飼料飼養(yǎng)的小鼠后代的葡萄糖和脂質代謝途徑增強。

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  ↓↓↓

?降低致病菌豐度  

在肉雞等其他動物模型中測試了低聚果糖補充劑作為抗生素的替代品，導致致病性脫硫弧菌屬(Desulfovibrio)和幽門螺桿菌（Helicobacter）的豐度降低。

研究集中在其他寡糖家族，如異麥芽低聚糖，揭示了綠茶與異麥芽低聚糖聯(lián)合使用，通過預防小鼠腸道生態(tài)失調來對抗高脂肪飲食誘導的代謝改變，顯示了有益細菌(如Akkermansia muciniphilia，雙歧桿菌，乳酸菌和羅氏菌屬)豐度的增加。

?非碳水化合物類益生元可以改善肥胖和腸道炎癥

非碳水化合物的調節(jié)作用也在體內進行了研究，并通過元分類學評估了微生物種群的變化。已有研究證明，富含多酚的蔓越莓提取物可預防飲食誘導的肥胖、胰島素抵抗和腸道炎癥，并增加小鼠腸道微生物群中嗜黏蛋白阿克曼菌(Akkermansia muciniphila）豐度。

同樣，槲皮素對高脂飲食誘導的非酒精性脂肪肝疾病的保護作用，以及類黃酮通過調節(jié)厚壁菌門/擬桿菌門比率來改善肥胖誘導的小鼠腸道生態(tài)失調的潛力已被描述。

已經(jīng)進行了幾項臨床試驗，以測試不同益生元化合物的潛在作用。

?增加新生兒雙歧桿菌豐度

經(jīng)熒光原位雜交測定，含有低聚半乳糖和低聚果糖混合物(比例為9:1)的配方可促進嬰兒體內雙歧桿菌的生長，而補充相同比例的短鏈低聚半乳糖和長鏈低聚果糖可導致丙型肝炎病毒感染母親的新生兒糞便雙歧桿菌和乳酸菌數(shù)量增加。

此外，腸內補充80%短鏈低聚半乳糖和長鏈低聚果糖(比例9:1)和20%酸性果膠寡糖的益生元混合物可導致早產(chǎn)兒雙歧桿菌和出生后腸道定植增加。

?抑制了艾滋病患者中一些有害菌的生長

在人類免疫缺陷病毒1型(HIV-1)感染的成人中，類似的益生元混合物促進了雙歧桿菌的生長，并抑制了以下細菌的生長：

Clostridium coccoides  ↓↓↓

直腸真桿菌（Eubacterium rectale） ↓↓↓

Clostridium lituseburense  ↓↓↓

Clostridium histolyticum  ↓↓↓

?改善肥胖人群腸道菌群構成

同樣，服用低聚半乳糖導致50歲以上男性和女性雙歧桿菌豐度增加，并增加雙歧桿菌數(shù)量，減少超重成人糞便樣本中擬桿菌和Clostridium histolyticum的數(shù)量。

臨床試驗還報告了低聚果糖和果聚糖的益生元效應，結果表明菊粉型果聚糖導致雙歧桿菌和普拉梭菌（F. prausnitzii）的增加;根據(jù)16S rRNA基因測序數(shù)據(jù)，這兩種細菌都與血清脂多糖水平呈負相關，并且還降低了肥胖女性的腸道擬桿菌、Bacteroides vulgatus和丙酸桿菌（Propionibacterium）。

?增加健康成年人體內雙歧桿菌含量

此外，根據(jù)對健康成年人糞便微生物群的分析，菊粉給藥增加了鐵含量低的女性的糞便雙歧桿菌，大豆寡糖、棉子糖和水蘇糖可以被雙歧桿菌選擇性代謝。

?其他益生元的作用

研究還評估其他益生元化合物的潛在效應。

食用聚葡萄糖可增加健康男性體內戴阿利斯特桿菌屬 （Dialister）、普拉梭菌（Faecalibacterium）和考拉桿菌屬（Phascolarctobacterium）的豐度。

這幾類細菌的作用在谷禾之前的文章中有具體講述

根據(jù)兩項研究中獲得的16S rRNA基因測序數(shù)據(jù)，B. animalis subsp. lactis 420促進了阿克曼菌、Christensenellaceae和Methanobrevibacter的生長，并降低了健康超重或肥胖個體中Paraprevotella的生長。

在健康個體中，部分水解瓜爾膠的飲食干預促進了擬桿菌、普拉梭菌、Fusicatenibacter和瘤胃球菌的生長，并減少了經(jīng)黏液真桿菌屬、毛螺菌科和羅氏菌屬的生長。

值得注意的是，這些影響在男性參與者中更為明顯。

同樣，根據(jù)16S rRNA基因測序數(shù)據(jù)，女性不孕癥患者口服部分水解瓜爾膠可導致雙歧桿菌豐度增加，擬桿菌豐度降低，改善腸道生態(tài)失調和妊娠成功。

每日飲用紅酒多酚可增加健康男性中的菌群數(shù)量，包括以下菌屬：

擬桿菌屬（Bacteroides） ↑↑↑

雙歧桿菌屬（Bifidobacterium）  ↑↑↑

腸球菌屬（Enterococcus）  ↑↑↑

普雷沃氏菌屬（Prevotella） ↑↑↑

Blautia coccoides   ↑↑↑

Eggerthella lenta   ↑↑↑

直腸真桿菌(E.rectale)   ↑↑↑

05

益生菌定義中的關鍵詞是“活的”，這意味著微生物必須是活的(在施用時)才能發(fā)揮有益的作用。

但是，在過去的幾年里，越來越多的證據(jù)表明，不可活的細菌，它們的成分或它們分泌的代謝物，也可能在對健康的積極影響中發(fā)揮關鍵作用。

“后生元”一詞于2011年首次提出，指的是攝入后對健康有益的滅活、不可存活的微生物細胞。

這一概念是基于觀察到非活細菌或其提取物(破碎的細菌)具有調節(jié)宿主免疫反應的能力。

?后生元相較益生菌的優(yōu)勢

將后生元與益生菌進行比較發(fā)現(xiàn)，后生元生產(chǎn)的復雜性較低，具有更好的長期穩(wěn)定性。

對于某些高炎癥狀態(tài)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時反應加劇。

在對術語進行分類的嘗試中，提出了“true probiotics”(活的和活躍的細胞)、“pseudo-probiotic”(活的和不活躍的細胞，無論是營養(yǎng)細胞還是孢子細胞)和“ghost probiotics”(非活的或死亡的細胞，完整的或破裂的。

此外，活微生物對食物基質成分的活性也可能釋放對健康有積極影響的副產(chǎn)物。例如，牛奶蛋白中加密的生物活性肽。

?后生元的組成

后生元的成分示例及顯微鏡下圖像

?后生元的作用

后生元作用機制與益生菌的類似，即調節(jié)有益菌群的能力、對病原體的拮抗作用、增強腸上皮屏障功能的能力以及調節(jié)免疫反應或宿主的其他生理功能。

·刺激免疫反應

雙歧桿菌產(chǎn)生的EPS，作為報道的對產(chǎn)生細菌有益作用的關鍵成分之一。無論是被聚合物包圍的紫外線滅活雙歧桿菌還是純化的EPS本身，都能夠以不同的方式刺激免疫反應，這取決于聚合物的物理化學特性。這些細菌EPS能夠與腸上皮細胞的TLR4相互作用。

·促進脂質代謝和葡萄糖穩(wěn)定

此外，雙歧桿菌EPS是能夠積極調節(jié)菌群組成的碳水化合物，因為它們被用作腸道某些細菌的選擇性發(fā)酵底物。特異性EPS還促進飲食誘導的肥胖小鼠模型的脂質代謝和葡萄糖穩(wěn)態(tài)的變化。

含有能夠釋放抗菌化合物的活益生菌，也可以被視為后生物制劑，可能有助于提高發(fā)酵產(chǎn)品的安全性。

將后生元應用于食品，雖然是改善我們健康的一種新方法，但仍然具有挑戰(zhàn)性。

關于腸道菌群在維持我們生理系統(tǒng)(被稱為微生物-腸道軸)方面的知識越來越多，這促使了與調節(jié)這種雙向對話的飲食策略相關的新概念的發(fā)展。這些軸之一是研究的熱點，即微生物-腸道-大腦軸。

這是基于對腸道微生物群活動可能參與神經(jīng)疾病和隨著年齡增長而維持認知功能。

? 精神生物制劑

針對這目標，提出了與益生菌相關的新定義：精神生物制劑是一種“活的有機體，當攝入足量時，會對患有精神疾病的患者產(chǎn)生健康益處”。

最近，這一定義擴大到包括能夠調節(jié)腸-腦軸影響腸道微生物群的底物;因此，精神生物制劑是“有益的細菌(益生菌)或對影響細菌-大腦關系的細菌(益生元)的支持”。

研究強調，某些微生物代謝物可以作為某些代謝紊亂的調節(jié)因子。同樣，在腸道-大腦相互作用的機制中，微生物代謝物也是關鍵角色。

?改變行為

已經(jīng)證明一些微生物來源的精神生物制劑能夠有效地改變行為。在一種優(yōu)雅的實驗中，產(chǎn)生酪胺的Providencia能夠以一種對共生和宿主都有益的方式操縱秀麗隱桿線蟲（Caenorhabditis elegans）的“感官”決定;在食物選擇測定中，被Providencia定植的線蟲選擇了含有這種細菌的食物。

然而，腸道微生物群代謝組的操縱非常復雜，因為腸道微生物的大量多樣性之間存在著一種微生物代謝物生產(chǎn)者和消費者之間持續(xù)反饋的串擾。

例如，γ-氨基丁酸GABA——（中樞神經(jīng)系統(tǒng)的主要抑制遞質）可以由腸道微生物從飲食前體(如谷氨酸)合成，但它被用作支持該生態(tài)位中其他生物生長的營養(yǎng)素。

?減輕疼痛

神經(jīng)調節(jié)的精神生物學已經(jīng)被提出，通過體外實驗和在大鼠模型上的進一步驗證，表明嗜酸乳桿菌菌株（Lactobacillusacidophilus NCFM）能夠在腸道水平誘導鴉片樣物質和大麻素受體的合成，從而作為一種鎮(zhèn)痛藥減輕疼痛。

?調節(jié)焦慮

對無菌小鼠口服乳酸菌(Lactiplantibacillus plantarum PS128) 可增加小鼠大腦特定區(qū)域的多巴胺和血清素水平，并調節(jié)動物的焦慮樣行為。

關于能夠產(chǎn)生γ-氨基丁酸(中樞神經(jīng)系統(tǒng)的主要抑制遞質)的益生菌，已經(jīng)在一些乳酸菌和雙歧桿菌中描述了不同的代謝途徑，其中Levilactobacillus是迄今為止量化產(chǎn)量最高的物種。

不同的策略，如優(yōu)化培養(yǎng)基組成，可用于提高其他物種的γ-氨基丁酸產(chǎn)量。此外，其中一些乳酸菌也被用于發(fā)酵乳制品，以改善這種神經(jīng)遞質在食物中的合成。

通過γ-氨基丁酸前體的生物轉化將食物與γ-氨基丁酸進行天然生物強化，以及使用食物或補充劑作為在腸道中輸送能夠合成γ-氨基丁酸的益生菌的載體，可能是調節(jié)大腦活動的一種策略。

上述的一些證據(jù)已經(jīng)證明，發(fā)酵食品、健康的飲食模式、益生菌、益生元以及后生元等都是促進腸道健康的重要因素。通過食用這些食物和補充這些營養(yǎng)素，可以增加腸道內有益菌的數(shù)量和種類，并在一定程度上抑制病原相關菌群的豐度，維持腸道菌群的平衡，從而促進腸道健康。

飲食在塑造腸道微生物群的組成和活性方面起著重要作用，對營養(yǎng)飲食與健康腸道微生物組之間相互作用的深刻理解，將為我們理解其在疾病預防和治療中的作用奠定基礎。

任何飲食的好處都將在很大程度上取決于此人的微生物組，每個人根據(jù)自己獨特的腸道微生物群攝入不同的飲食的方式，將會使我們迎來新時代的飲食模式。

除了腸道健康之外，針對多個健康維度例如提升免疫力，改善情緒，體重管理，皮膚管理等領域產(chǎn)品和食品的需求都在日益提升，這些與腸道微生物組之間又都存在密不可分的關聯(lián)。因此基于腸道微生物組重要性的開創(chuàng)性研究，可能會從根本上改變消費者偏好及健康食品行業(yè)的走向。

主要參考文獻