2026肠道环境与健康白皮书

编委会

主编：陈勇 二级教授、博士生导师；享受国务院政府特殊津贴，入选国家百千万人才工程第一、二层次；北京大学化学与分子工程学院博士，中科院研究生院博士后。从事分子药理学和药代动力学研究，主持国家重大基础研究前期专项、国家自然科学基金、湖北省生物产业专项等40多项；发表SCI期刊论文100余篇。现任湖北大学中药生物技术省重点实验室、药物高通量筛选技术国家地方联合工程研究中心及生物医药研究生教育湖北省创新基地主任；兼任药学学报、中草药等刊物编委；中国化学会有机分析专业委员会及中国药理学会药物代谢专业委员会理事；第一届世界中联森林康养研究专委会及第一届湖北省森林康养研究会会长。

编委： 胡涛、周明、王俊俊、孙丽娟、严超 支持： 杨慧、卢镜华

序言

我们为什么要研究肠道？

地球是一个巨大的生态系统，其土壤健康通过植物光合作用形成初级生产力，经食物链传递塑造动物与人类健康，而人类活动（如农业耕作、工业排放）又反向重构土壤微生物群落结构，形成动态生态循环，这一过程与人体肠道微生态的运作逻辑高度同构：肠道菌群(GM)的种类大于1000种，这些细菌的数量极为庞大，可达100万亿以上，其重量相当于一个人的肝脏，占健康成人每日排出粪便的1/3，它通过代谢产物(如短链脂肪酸)调控免疫应答，其多样性指数(Shannon指数)与代谢综合征风险呈负相关。饮食结构、肠道菌群(GM)与健康的关系是近年来生命科学和营养学研究的热点领域，其核心在于饮食可有效塑造肠道菌群(GM)多样性，直接影响肠内及肠外器官的代谢、免疫和神经系统功能。通过“饮食-菌群-健康”闭环管理，人类有望从被动治疗转向主动预防。

致读者

历经一年沉淀，《2026肠道环境与健康研究白皮书》终于与您见面。肠道，这个常被我们忽视的“第二大脑”，实则是掌握着我们健康的钥匙。近年来，随着科学的深入发展，肠道微生物群与健康之间的关系逐渐浮出水面，引起了广泛的关注。本白皮书将带您深入探索肠道的奥秘，揭示其与营养吸收、代谢健康、免疫调节以及多种慢性疾病之间的紧密联系。无论您是健康追求者还是肥胖及慢性疾病困扰者，都能从中找到改善自身健康状况的宝贵启示。

声明

本白皮书版权归武汉蜜欢健康产业发展有限公司与湖北大学企校联合创新中心所有。未经书面许可，任何单位或个人不得以任何方式复制、传播、改编或用于商业用途。本白皮书内容基于现有科学研究文献整理，仅作为健康科普和学术参考，不构成任何医疗诊断、治疗或健康干预建议。个体健康问题请咨询专业医疗机构或医生。尽管编委会已尽力确保内容准确，但受研究进展、个体差异及文献局限性影响，部分结论可能存在偏差或滞后。使用者应谨慎判断，本机构不承担因依赖本内容而导致的任何直接或间接损失。本白皮书聚焦于肠道菌群(GM)与健康的宏观关联，不涉及具体产品推广或疗效承诺。

目录

• 第一章 饮食结构、肠道菌群(GM)与健康
• 第一节、食品安全
• 第二节、营养健康与肠道菌群(GM)
• 第三节、肠道菌群(GM)与健康
• 第二章 代谢性疾病相关的肠道微生态失衡
• 第一节、肠道菌群(GM)的生物学功能
• 第二节、代谢性疾病的肠道菌群(GM)紊乱特征
• 第三章 饮食习惯与肠道菌群(GM)
• 第一节、典型饮食结构-肠道菌群(GM)组成-健康状态
• 第二节、膳食营养素-肠道菌群(GM)组成-宿主健康状态
• 第四章 肠道菌群(GM)肠道菌群健康稳态的膳食管理
• 第一节、饮食结构对肠道菌群(GM)健康稳态的影响
• 第二节、全植物食品对代谢健康的有益影响
• 第三节、加工食品对代谢健康的影响
• 第五章 维持代谢健康肠道菌群(GM)的重要途径
• 第一节、膳食纤维途径
• 第二节、菌群移植途径
• 第三节、靶向和非靶向干预途径
• 第六章 调控机体健康的肠-器官轴
• 第一节、肠-脑轴与肠-肝轴
• 第二节、肠-肺轴与肠-皮肤轴
• 第三节、肠-生殖轴与肠-骨骼轴
• 第四节、肠-心轴与肠-肾轴
• 第七章 短链脂肪酸的生理作用与研究新进展
• 第一节、短链脂肪酸的生理作用
• 第二节、短链脂肪酸的功能研究新进展-八大功能
• 结语
• 附录:参考文献

第一章 饮食结构、肠道菌群与健康

本章提要

探讨饮食结构通过影响肠道菌群多样性与功能，直接关联营养吸收、免疫调节及慢性疾病预防，强调“饮食-菌群-健康”闭环管理的重要性。

第一节 食品安全

俗话说得好：民以食为天，食以安为先。食品安全事关每个人的身体健康。食品安全指食品无毒、无害，符合应有的营养要求，对人体健康不造成任何急性、亚急性或慢性危害。食品是影响人体健康的最大因素，饮食习惯的好坏，直接决定人类的身体健康，尤其是儿童的健康成长情况。

食品质量安全是指食品质量状况对食用者健康、安全的保证程度，包括三方面内容：

食品污染：如生物性污染、化学性污染、物理性污染等导致的质量安全问题。

食品加工技术及其生产过程污染：如食品添加剂、食品生产配剂、介质以及辐射食品、转基因食品带来的质量安全问题等。

食品标识滥用：如伪造食品标识、缺少警示说明、虚假标注食品功能或成分、缺少中文食品标识(进口食品)等。

作为世界第二大经济体，我国食品产业体系庞大。随着生活水平的提高和消费结构的升级，食品安全日益受到社会各界的普遍关注。中国政府采取了一系列措施加强食品安全监管，包括完善法律法规、加大执法力度、强化检验检测能力等，有效提高了我国食品安全的整体水平。

尽管如此，食品安全问题在我国仍十分严重，既包括传统食品安全问题如农药残留、兽药残留、重金属污染等，也包括新型食品安全问题如食品添加剂滥用、非法添加非食用物质、食品欺诈等。这些问题正威胁着国民的身体健康，也制约了我国食品产业的高质量、可持续发展。影响我国食品安全的主要因素归纳如下：

(一) 微生物、寄生虫污染

微生物是目前食品安全的最大危害，也是食源性疾病的最大祸根。食品在生产、包装、运输过程中受到污染或用病畜、病禽制成的食品，有大量细菌、霉菌、寄生虫滋生，可导致食物中毒。其中细菌性污染涉及面最广、影响最大，大部分食品安全问题均由致病性细菌（如沙门氏菌、金黄色葡萄球菌、肉毒杆菌、致病性大肠杆菌和单增李斯特菌等）引起。真菌广泛存在于自然界，产生的毒素致病性强，真菌毒素污染食品的现象也十分常见，如霉变花生、大豆、谷物等易检出黄曲霉毒素B1。此外，还有食品的病毒性污染（如甲型肝炎病毒、诺如病毒、疯牛病病毒和口蹄疫病毒等）及寄生虫污染。

(二) 农药及其他化学物质污染

近年来困扰食品安全的化学污染主要来自农药和其他化学物质的滥用，它们在食品中的残留已成为食品污染的焦点。

• 农药污染：有机氯农药是我国最早大规模使用的农药，有机磷农药是我国目前使用量最大的农药。它们难以降解、残留于食品，通过食物链传递并蓄积到动物及人体内，损伤健康。
• 其他化学物质污染：化学物质污染对食品安全的潜在威胁不容忽视，这类化学物质约有200多种，进入人体后累积数年而难以排出体外，影响和扰乱生物体的内分泌系统，导致人体组织发生病变。非法滥用、超标使用食品添加剂或添加非食用成分或有毒有害物等已严重威胁人们的健康。

(三) 兽药及饲料添加剂造成的动物性食品污染

随着集约化畜牧业的发展，兽药的作用范围也在扩大，如抗生素、磺胺药、激素等广泛用于促进肉用畜的生长，减少发病率及提高饲料利用率等。兽药中饲料添加剂占46%、治疗药品占43%、疫苗等生物药品占11%，因此，食品中兽药的残留和动物性食源中毒现象也屡见不鲜。

(四) 假冒伪劣食品盛行

近年来假冒伪劣食品在一些地区，特别是广大农村地区肆意横行。如浙江金华发生的白糖掺加硫酸镁案、用头发水解液掺兑的酱油、粗制滥造的饮料及冷食品、水果表面用的涂色染料、工业酒精制造的假酒等。

(五) 转基因食品的潜在危险

目前，全球已有十多个国家种植转基因作物，主要是大豆、玉米、棉花、油菜、马铃薯。由于转基因生物在遗传及技术上的不稳定性，转基因食品安全性已成为国内外专家研究的焦点。

(六) 环境污染对食品安全的严重威胁

环境是食品安全的第一道防线。改革开放以来，我国高速发展的工业化、城镇化，造成了严重的环境污染，并深刻威胁着我国的食品安全。如水源污染造成食源性疾病的发生，海域污染恶化了海产品的质量，土壤污染造成有害物在农作物中的富集，垃圾焚烧而造成的大气二恶英污染等问题。

第二节 营养健康与肠道菌群 (GM)

(一) 营养健康

食品营养素组成与功能，即食品中营养素构成对人体健康的影响至关重要。近期国家卫健委颁布的《疾病预防控制机构食品安全和营养健康工作细则》明确了合理膳食在保障国民营养健康中的重要地位，提出了国民营养计划和合理膳食行动。

1、营养素的组成及作用 营养素指为维持机体繁殖、生长发育和生存等一切生命活动和过程，需要从外界环境尤其是食物中摄取的物质。根据化学性质和生理作用，国际营养学界将营养素分为七大类。根据人体需要量或体内含量，营养素分为宏量营养素和微量营养素。

人体必需的七大营养素及其作用包括：

• 01.碳水化合物：提供能量，是身体的主要能量来源。
• 02.脂肪：提供能量，帮助吸收脂溶性维生素、保护内脏、维持体温。
• 03.蛋白质：构成身体细胞和组织的基本成分，运送人体必需物质。
• 04.水：调节体温，参与营养需要和身体代谢废弃物的排出。
• 05.矿物质：强化骨骼结构和力量，维持电解质和渗透压平衡等。
• 06.维生素：参与多层有机代谢、调节及维持生理平衡等。
• 07.膳食纤维：改善肠道健康，帮助控制血糖水平。

七大营养素的主要作用详细如下： 宏量营养素：

• 碳水化合物：是人体最主要、最经济的能量来源，为大脑和神经系统正常运作提供必需的葡萄糖。
• 蛋白质：是生命的基础，是构成机体细胞、组织和器官的基本材料，也参与酶、激素和抗体的合成，对调节生理功能至关重要。
• 脂类：是高效的能量储备形式，提供必需脂肪酸，促进脂溶性维生素(A、D、E、K)的吸收，并起到保护内脏、维持体温的作用。

微量营养素：

• 矿物质：如钙、铁、锌等，是构成骨骼、牙齿等硬组织的重要成分，并参与维持体液平衡、神经传导和肌肉收缩等多种生理功能。
• 维生素：既不提供能量也不构成机体组织，但作为辅酶或辅酶的组成部分，对调节新陈代谢、维持生长发育和正常生理功能至关重要。
• 水：是维持生命活动所必需的物质，参与体内所有的生化反应，运输营养物质和代谢废物，调节体温，并维持电解质平衡。

膳食纤维： 膳食纤维是一种肠道微生物难以消化的碳水化合物聚合物。膳食纤维通过微生物代谢网络调控肠道粘液层动态平衡，其保护作用依赖于纤维类型、剂量及宿主菌群特征。合理补充膳食纤维可有效预防肠道粘液耗竭相关的炎症与感染。膳食纤维被结肠微生物发酵降解，主要终产物是乙酸盐、丙酸盐和丁酸盐，引起多种生理效应，包括：

对肠道微生态的影响，如抗菌特性、减少氧气向肠腔的扩散。

对肠屏障功能的影响，如诱导紧密连接蛋白的表达、肠粘液的产生。

对宿主的直接代谢和免疫的影响，如增加控制饱腹感的肠激素产生、促进脂肪组织的分解、提高胰岛素敏感性。

身体营养素需求与健康饮食核心要点 饮食及其所含营养素对人体健康十分关键。当前生活方式及饮食结构的改变，导致人们摄入更多富含能量、脂肪、游离糖和盐/钠的加工食品，而膳食纤维(如全谷类、水果、蔬菜)摄入不足。世界各国关于构建健康饮食的基本共识如下：

• 健康饮食有助于预防营养不良以及糖尿病、心脏病、中风和癌症等非传染性疾病。
• 在生命之初就应养成健康饮食习惯——母乳喂养可促进健康生长与认知发育，降低后期罹患肥胖与非传染性疾病的风险。
• 在摄取的总能量中，脂肪应低于30%、饱和脂肪应少于10%、反式脂肪应低于1%，杜绝食用工业生产的反式脂肪。
• 游离糖摄入量应限制在总能量的10%以下，最好不超过5%。
• 每日盐摄入量应限制在5克以下，以防止高血压及降低心血管疾病风险。

(二) 肠道菌群 (GM)

食物均在消化系统中完成消化和吸收，这需要口腔、食管、胃、小肠、大肠、肝脏及胆囊等器官的协作。饮食发挥营养与生理作用，必然会影响消化系统的功能，特别是与肠道微生物相关的生理病理功能。

肠道菌群(GM)种类超过1000种，其基因总数是人体自身基因的100倍以上。人体肠道内的微生物中，超过99%都是细菌。人体内约有 4×10^14 个微生物，菌群基因数目达 200 万个。除了细菌和病毒，人体胃肠道也是大量真菌的寄生之处，寄生数量占肠道微生物数的 0.1%。

肠道菌群（GM）分布于小肠与大肠。由于胃酸、胆汁作用及小肠液流量大，胃、十二指肠、空肠细菌的种类和数量极少，主要为革兰氏阳性需氧菌，如链球菌、葡萄球菌和乳酸杆菌、幽门螺杆菌。由于大肠液流量少，蠕动减慢，结肠细菌数量逐渐增加，主要含乳酸杆菌、双歧杆菌、大肠埃希菌和梭状芽孢杆菌等多为厌氧菌。

新生婴儿最早的胎粪中可检测到粪肠球菌、大肠杆菌等，提示肠道菌群（GM）定值最早可能在怀孕期间发生。成长过程中在饮食和环境等因素影响下，肠道菌群（GM）的组成和数量不断变化。在儿童后期、青春期和成年期达到相对平衡的稳定期，而在老年时期，肠道菌群（GM）群落多样性与丰富度下降，宿主生理及免疫功能也随之衰减。

注：图表显示，肠道菌群（GM）的多样性与丰度会随着年龄的增长而发生规律性变化。

按菌群作用类型，肠道菌群（GM）可分为有益菌（共生菌）、有害菌（致病菌）和中性菌（条件致病菌）。

有益菌对宿主健康有益，主要是肠道专性厌氧菌，占肠道菌群（GM）细菌总数的 99% 以上，代表菌群包括拟杆菌、梭菌、双歧杆菌、乳酸杆菌、瘤胃球菌等，主要功能是合成各种维生素、参与食物的消化、促进肠道蠕动、抑制致病菌群生长和分解有害有毒物质等。

有害菌（致病菌）主要是数量较少的厌氧菌，如沙门氏菌、葡萄球菌、致病性大肠杆菌、变形杆菌、幽门螺旋杆菌等，一旦失控大量繁殖就会引发多种疾病，产生致癌物等有害物质，或影响免疫系统功能。

中性菌（条件致病菌）为双向性菌群，数量介于有益菌和有害菌之间，代表菌群为肠球菌、肠杆菌，在正常情况下对健康有益，一旦增殖失控或从肠道转移到身体其他部位，就可能引发疾病。

根据自然属性分类，已鉴定出几十个门人类肠道菌群（GM），其中厚壁菌门（Firmicutes）、拟杆菌门（Bacteroidetes）、变形菌门（Proteobacteria）和放线菌门（Actinobacteria）占肠道细菌数量的 99%。这四大核心菌门构成了人类肠道菌群（GM）的绝对主体，它们之间的平衡与比例，与人类的饮食、健康状态（尤其是胖瘦/慢病等）息息相关。

厚壁菌门的细胞壁由一层较厚（10-50nm）的含胞壁酸的肽聚糖构成，表现为球状或杆状，多为革兰氏阳性严格厌氧菌，在肠道菌群（GM）中占比最高（超过 60%），许多成员均为有益菌。厚壁菌门中的有益菌包括乳酸杆菌属（常见于酸奶和其他发酵乳制品中，可产生促进健康的短链脂肪酸）和瘤胃球菌属（被称为“第三种肠型”的谷物爱好者，通常以瘤胃球菌为主，该类人群倾向于摄入更多全谷物中的抗性淀粉和膳食纤维）。厚壁菌门中的有害菌包括表皮葡萄球菌属（人类皮肤中分离出来的最常见的细菌）、链球菌属（化脓性链球菌导致许多人类疾病，如猩红热、风湿热和链球菌性咽炎；肺炎链球菌会导致肺炎球菌肺炎）和分枝杆菌属（如结核分枝杆菌引起结核病；麻风分枝杆菌引起麻风病）。

拟杆菌门属革兰氏阴性严格厌氧菌，参与碳水化合物的发酵、含氮物质的利用以及胆汁酸和其他类固醇的生物转化，在肠道菌群（GM）中占比 10%-48%。人体拟杆菌和厚壁菌之间的比例相对稳定，比例紊乱可能导致肥胖和糖尿病等代谢综合征。拟杆菌门中的有害菌包括脆弱拟杆菌属（普遍存在于胃肠道且是大多数腹腔内感染的原因，如直肠周围脓肿和褥疮溃疡；当从结肠释放到血液时，导致菌血症；引入腹腔，可能导致腹膜炎或腹部脓肿）和中性菌普氏菌属（是人体肠道的共生菌群，对免疫系统功能有重要影响，与高水平的复合碳水化合物和水果蔬菜的摄入量有关）。

变形菌门属兼性厌氧菌，具有极为多样的形状，生理情况下占肠道菌群（GM）比 1%，均为致病菌，包括弯曲杆菌属（弯曲杆菌可引起食物中毒，表现为严重的肠炎；幽门螺旋杆菌与消化性溃疡、慢性胃炎、十二指肠炎和胃癌密切相关）、蛭弧菌属（侵入宿主细菌的细胞，将自身定位在质膜和细胞壁之间，以宿主的蛋白质和多糖为食源，这对宿主细胞是致命的）和沙门氏菌属（血清型沙门氏菌可引起沙门氏菌病，其特征是小肠和大肠发炎，伴有发烧、呕吐和腹泻）。

放线菌门属革兰氏阳性严格厌氧菌，在其发育的某个阶段形成分枝细丝，在肠道菌群（GM）中占比约 10%。放线菌门中典型的有益菌是双歧杆菌属（肥胖、糖尿病和过敏等疾病与双歧杆菌数量减少有关；有助于改善消化问题，控制血糖、血脂水平，提高免疫力），典型有害菌是微球菌属（如玫瑰色微球菌、易变微球菌、藤黄微球菌等可引起脓肿、关节炎、胸膜炎等疾病）。

第三节 肠道菌群（GM）与健康

人体选择性地让某些微生物定植于肠道，并为其提供适宜的栖息环境。肠道内有益菌的种类和数量的多少，在一定程度上反应了人体的健康状态。海量临床与实验研究表明，肠道微生物群是调节宿主健康的关键因素之一。因此，肠道菌群（GM）已被认为是人体的“新器官”。

事实上，人体所有部位都有微生物的存在，这种存在及饮食诱导的改变也深刻关联着器官间存在的不同类型的相互作用。基于现代分子生物学、药理学等的相关研究结果，宿主器官和肠道微生物之间发生的复杂互作途径，尤其饮食结构不均衡诱导的肠道微生物群失调与许多疾病发生、发展的关系正被逐渐破解，包括肥胖、2 型糖尿病、肝脂肪变性、肠道疾病（IBDs）和肿瘤等。

肠道微生物群对机体的代谢紊乱有多个层面的重要调节作用，除其他因素外，这种调节主要依赖于微生物群代谢营养素产生的各种代谢产物，以及它们与宿主相关细胞上受体间的相互作用，这些受体可以激活或抑制许多影响机体健康的信号通路，进而对宿主的健康带来有利或有害作用。

涉及的这类微生物群代谢产物包括细菌代谢的副产物如短链脂肪酸（SCFAs）、胆汁酸（BAs）、氧化三甲胺（TMAO）、色氨酸类衍生物，以及细菌完整性所必需的复杂大分子如肽聚糖和脂多糖（LPS）等。这些代谢物的种类与丰度取决于肠道微生物组成，因此受饮食结构与环境因素的调节。虽然目前还不能清晰地阐明存在于饮食营养组成、肠道菌群（GM）结构与机体健康状态三者间复杂的因果关系或内在联系，但已有的研究结果已明确表明，饮食营养素可通过影响肠道微生态、菌群代谢物及肠屏障功能，不仅影响肠内疾病状态，还能通过各类肠-器官轴影响肠外器官或机体健康。

在三者内在联系的通路中，最重要的是肠道菌群（GM）分解营养素产生的一系列代谢物，如已经充分研究与验证的 SCFAs、BSCFAs、LPS、PAMPs、TMAO，以及最近发现的肠源性分子作用因子（如内源性大麻素、生物活性脂质、酚类衍生物、晚期糖基化终产物和 enterosynes）及其特定受体，包括过氧化物酶体增殖物激活受体 α（PPARα）和 γ（PPARγ）、芳香烃受体（AhR）和 G 蛋白偶联受体（如 GPR41、GPR43、GPR119、TGR5）。

因此，了解饮食营养素对肠道微生物的影响，以及这种影响与身体健康之间的内在联系或因果关系，将有助于亚健康人群，尤其是代谢性疾病、心血管疾病等慢病人群开展有效的膳食疗养活动。

第二章 代谢性疾病相关的肠道微生态失衡

本章提要

分析肠道菌群的生物学功能（如肠屏障维护和代谢物产生）及其失衡特征，揭示菌群紊乱与肥胖、糖尿病等代谢性疾病的因果机制。

第一节 肠道菌群（GM）的生物学功能

人体肠道菌群（GM）的组成与生理功能十分复杂，目前还未能阐明清楚。但就肠道菌群（GM）紊乱对人体健康的影响而论，最直接的还是对肠屏障功能及菌群代谢物生成的影响，肠道菌群（GM）紊乱关联的各种疾病也均源于此。

（一）肠屏障功能

小肠的管壁分为黏膜层、黏膜下层、肌层和外膜四层。黏膜是最靠近管腔的一层，由上皮、固有层和黏膜肌层组成。上皮和固有层向肠腔突起形成肠绒毛，上皮向固有层凹陷形成小肠腺。小肠黏膜的上皮为单层柱状上皮，由吸收细胞、杯状细胞和少量内分泌细胞、潘氏细胞和干细胞组成。

吸收细胞的主要功能是消化吸收，也参与分泌性免疫球蛋白A的释放。杯状细胞分泌黏液，有润滑和保护作用。潘氏细胞分泌防御素、溶菌酶，对肠道微生物有杀灭作用。内分泌细胞种类很多，分泌的激素参与调控胃肠活动。固有层的结缔组织含有大量小肠腺，以及丰富的淋巴细胞、浆细胞、巨噬细胞、嗜酸性粒细胞和肥大细胞。黏膜肌层由内环形和外纵行两薄层平滑肌组成。

肠道菌群（GM）与肠粘膜紧密结合构成的肠屏障，是指肠道能够防止肠内有害物质如细菌、毒素穿过肠粘膜进入人体内其他组织、器官和血液循环的结构和功能的总和，包括肠粘膜上皮、肠粘液、肠道菌群（GM）、分泌性免疫球蛋白、肠道相关淋巴组织、胆盐、激素和胃酸等。

肠屏障由机械屏障、化学屏障、免疫屏障与生物屏障共同构成，其中机械屏障与免疫屏障最为重要。机械屏障是指完整的彼此紧密连接的肠粘膜上皮结构，肠粘膜上皮细胞、细胞间紧密连接与菌膜三者构成肠道机械屏障，能有效阻止细菌及内毒素等有害物质透过肠粘膜进入血液。化学屏障由肠粘膜上皮分泌的粘液、消化液及肠腔内正常寄生菌产生的抑菌物质构成。免疫屏障由肠粘膜淋巴组织和肠道内浆细胞分泌型抗体（sIgA）构成。肠道是人体最大的免疫器官之一，它们通过细胞免疫和体液免疫作用，防止致病性抗原对肌体的伤害。生物屏障指对外来菌株有定植抵抗作用的肠内正常寄生菌。

正常情况下，肠道内各类细菌间相互制约、相互依存，构成一个巨大而又复杂的对抗外来菌株、病原体的生态系统。当肠屏障功能受损时，肠道中的微生物和内毒素等便可突破肠黏膜屏障进入血液，引起细菌和内毒素移位，促发肠原性感染，甚至全身性炎症反应综合症或多器官功能衰竭。

（二）肠道菌群（GM）代谢物

肠道菌群（GM）在肠道内复杂且活跃的代谢活动，不仅为自身生长、繁殖提供了所需的能量和营养，也产生了大量代谢物进入体循环，人体血液中约 1/3 小分子物质由微生物代谢产生。肠道微生物代谢物可作为机体代谢反应的信号分子和底物，影响宿主的生理、病理等过程。根据来源不同，可大致将肠道菌群（GM）代谢物分为三类：

饮食来源+肠道菌群（GM）生物转化

宿主来源+肠道菌群（GM）生物转化

肠道菌群（GM）重新合成

注解：肠道微生物通过代谢转化生成多样分子，这些分子靶向影响人体多系统，最终塑造健康或产生疾病。由于菌群相关代谢物并非单一来源，也可二种或三种来源兼有，该分类仅供参考。

饮食来源的肠道菌群（GM）代谢物：

（1）短链脂肪酸（SCFAs） SCFAs 指膳食纤维被远端肠道细菌代谢产生的碳链小于 6 的脂肪酸，主要是乙酸、丙酸和丁酸，占总 SCFAs 的 95% 以上。SCFAs 的生成及其生理作用得到了医学与营养学届的高度关注。乙酸、丙酸和丁酸在小鼠和人类肠道中的摩尔比约为 60:20:20。此外，支链脂肪酸（BCFAs）如异丁酸、2-甲基丁酸、异戊酸以及丙酸中间体乳酸和琥珀酸也会产生，虽然含量很低，也能发挥生物学效应。SCFAs 不仅是宿主能量转换的简单底物以及结肠细胞代谢的营养物质，还可通过多种方式影响宿主的能量代谢、糖脂稳态，以及免疫与炎症反应。如 SCFAs 可通过与肠道 L 细胞表面表达的游离脂肪酸受体或 G 蛋白偶联受体（GPCR）GPR41，GPR43 和 GPR109A 结合发出信号，调控宿主的生理功能。

（2）色氨酸代谢物 色氨酸是一种人体必需的芳香氨基酸，主要来源于膳食蛋白。结肠中多种细菌可直接将色氨酸降解为多种代谢物，包括吲哚、吲哚乙醇（IE）、吲哚丙酸（IPA）、吲哚乳酸（ILA）、吲哚乙酸（IAA）、吲哚醛（IAId）、甲基吲哚和色胺等。色氨酸代谢物的类型和水平主要受肠道菌种类及其分泌的色氨酸代谢酶类型的影响。这些色氨酸代谢物不仅能调节肠道局部免疫反应，还可通过血液循环激活孕烷 X 受体（PXR）和/或芳烃受体（AhR），影响宿主的生理状态。如肠道微生物表达的色氨酸酶将色氨酸代谢为吲哚，经门静脉循环到达肝脏后被转化为硫酸吲哚酚，再由肾脏排出。高水平硫酸吲哚酚具有肾毒性，其中许多化合物是 AhR 配体。微生物色氨酸代谢产物还可通过影响顶端连接复合物的完整性，调控肠道上皮屏障。

（3）TMAO类 氧化三甲胺（TMAO）与摄入甜菜碱、胆碱、左肉碱等季胺有关，这些季胺普遍存在于蔬菜、水果、肉类和海鲜中，是常见的细菌渗透保护剂。包括变形菌在内的几种肠道细菌都能通过三甲胺（TMA）裂解酶及其激活酶将这些季铵盐转化为乙醛和 TMA。TMA 被吸收入血后在肝脏中通过黄素单加氧酶（FMO3）代谢成 TMAO，该化合物可诱导多个巨噬细胞受体和血栓形成，促进动脉粥样硬化。TMAO 的前体化合物三甲基赖氨酸（TML）也被确定为主要不良心脏事件的预测因子。此外，TMAO 在肿瘤免疫中也发挥了重要调节作用。

（4）碳水化合物 食物或粘蛋白的复杂碳水化合物可被肠道微生物表达的多糖酶、糖苷酶水解为五碳或六碳单糖，然后通过经典的磷酸戊糖途径或糖酵解途径进一步分解代谢为丙酮酸。丙酮酸（或其前体磷酸丙酮酸）再通过多种代谢途径，最终产生 SCFAs 而发挥生理调控作用。如肠道拟杆菌属对碳水化物尤其是单糖（包括葡萄糖、果糖、半乳糖、甘露糖、木糖以及阿拉伯糖）的代谢，可改善人体胰岛素抵抗。注：肠道微生物组的组成差异通过调控代谢、炎症反应等通路，直接影响宿主胰岛素敏感性、体重、脂质积累等代谢表达，支持“肠道菌群”对代谢健康的关键作用。

宿主来源+肠道微生物转化代谢物：

（1）次级胆汁酸 肝脏中胆汁酸(BAs)的合成有两条途径，需要至少17种不同酶参与，产生初级BAs。其中，经典途径的限速酶是CYP7A1，并依赖于CYP8B1活性，产生鹅去氧胆酸(CDCA)或胆酸(CA)；替代途径则受CYP27A1调节，主要产生CDCA。CYP7A1和CYP27A1的表达受肠道菌群(GM)调控。在远端小肠和结肠中，初级BAs经肠道菌群(GM)的生物转化，主要是胆盐水解酶(BSH)的解偶联，包括脱羟基化、差向异构和氧化等，产生一系列次级BAs。

BAs在宿主体内发挥功能主要通过两种受体：法尼醇受体FXR和G蛋白偶联胆汁酸受体TGR5。TGR5是一种广泛表达的跨膜受体，通过诱导棕色脂肪组织中2型碘甲状腺氨酸脱碘酶(D2)的表达，将无活性的甲状腺素(T4)转化为活性形式(T3)，T3进一步激活甲状腺激素受体，促进线粒体生物产生和产热相关基因(如UCP1、PGC-1α)的表达，从而增加能量消耗和产热。TGR5在肠道L细胞中被胆汁酸或激动剂激活后，通过cAMP-PKA信号通路促进胰高血糖素样肽-1(GLP-1)的释放。

GLP-1具有多重代谢调节作用，如血糖调节作用（以血糖依赖性方式促进胰岛素分泌，抑制胰高血糖素释放，延缓胃排空，增加外周组织对葡萄糖的摄取）和肠道修复作用（通过促进肠道黏膜生长和营养吸收维持肠道屏障功能）。

FXR是一种胞浆配体激活的转录因子，其作用十分复杂，取决于组织类型和环境因素，既可作为BAs合成和转运的调节因子，也在免疫与炎症以及肝再生中起重要调节作用，并在肝细胞和胃肠道中诱导保护性细胞反应。

肠道微生物合成的代谢物：

(1) 支链氨基酸 支链氨基酸(BCAAs)即亮氨酸、异亮氨酸和缬氨酸，这类氨基酸以两种特殊方式促进胰岛素释放和生长激素释放，还可通过血流进入大脑，降低脑内5羟色胺的产生，缓解脑疲劳。支链氨基酸中最重要的是亮氨酸，其代谢物酮异己酸(KIC)和β-羟基-β-甲基丁酸(HMB)可增加肌肉，减少脂肪。BCAAs对体育运动爱好者来说是最重要和最有效的营养补剂，乳清蛋白的BCAAs含量较高，训练后应补充4-5克。

血液中BCAAs浓度是胰岛素抵抗和二型糖尿病风险增加的生物标志物。在不健康饮食条件下，肠道菌群(GM)可导致血浆BCAAs浓度增加和胰岛素抵抗。在血糖正常、有胰岛素抵抗的人群中，肠道菌如Prevotella copri和Bacteroides vulgatus丰度增加，导致BCAAs合成代谢能力增加；同时Butyrivibrio crossoitus和Eubacterium siraeum介导的BCAAs摄取和分解代谢能力降低。在心力衰竭人群中，BCAAs分解代谢受损，累积的BCAAs会诱导氧化应激并破坏线粒体功能。此外，肠道菌Parabacteroides merdae可通过促进BCAAs的分解代谢，抵抗心血管损伤。

(2) 多胺类 多胺普遍存在于各种动植物组织中，包括精胺、亚精胺、腐胺等，参与各种生物过程，如增殖、分化和凋亡。它在血浆中的周转速度快，能够快速到达靶组织。 动物体内的多胺有三种来源：机体自身合成、肠道微生物合成以及外源性摄入，其吸收主要发生在十二指肠和空肠前段。肠道微生物主要通过催化酶的转氨作用将摄取的氨基酸（尤其是精氨酸）分解产生多胺，广泛参与生物体内的生理和病理过程。如促进动植物细胞中DNA的转录和RNA的翻译、维持生物膜的稳定性等。

(3) 维生素 B族维生素需从饮食和肠道微生物合成获得。许多人类常见的肠道细菌具有合成B族维生素能力，且具有年龄依赖性。如叶酸(维生素B9)，结肠微生物的合成量就超过了从饮食的摄入。婴儿肠道菌群(GM)具有丰富的叶酸从头合成基因，而成人菌群则含有丰富的叶酸及四氢叶酸代谢相关的基因。因此，肠道菌群(GM)是必需维生素的重要来源，可能是治疗维生素缺乏症的新途径，尤其是与饮食无关的缺乏症。

(4) 神经递质 肠道菌群(GM)既可产生神经递质前体，也可通过饮食代谢促进神经递质的合成。细菌和肠内分泌细胞合成的神经递质可以进入血液循环，运送到身体的其他部位；一些神经递质前体也可穿过血脑屏障，参与脑内神经递质的合成。此外，位于肠上皮的神经足细胞合成并释放谷氨酸等神经递质，通过迷走神经快速将感觉信号传递到大脑。 肠道微生物群调节的神经递质/前体合成的变化可能导致脑功能的改变，并影响阿尔茨海默病、帕金森病、自闭症和精神分裂症等神经系统疾病。此外，肠道共生细菌Providencia产生的神经递质酪胺能够绕过宿主的酪胺生物合成途经来操纵宿主的感觉决策行为。这种微生物介导的神经递质合成机制，为理解自闭症等神经系统适应性疾病的发展根源，以及开发靶向疗法提供了证据依据。

(5) 脂类 脂类指由脂肪酸和醇作用生成的酯及其衍生物的统称，包括油脂（甘油三酯）和类脂（磷脂、固醇类）。从健康角度理解脂类应把握两个方面：一是食物中的脂类，营养学、运动医学等学科领域十分关注它们与人类及动物疾病的关系；二是人体及动植物体内的脂类，生理学、病理学十分关注在生理/病理状态下，这类脂类起何种作用。 由肠道微生物转化与合成的脂类物质具有重要的细胞结构与信号功能，可以被宿主直接感知，调节先天和适应性免疫途径以及代谢途径，从而影响慢性炎症、自身免疫性疾病、心血管疾病和代谢综合征的进展与消退。例如微生物诱导的宿主细胞膜脂质组成的变化，会影响糖脂代谢、免疫反应等多种信号传递通路，由此产生的下游产物就会影响宿主局部组织和全身免疫和代谢。

表1 肠道菌群(GM)代谢物及其功能

肠道菌群(GM)的代谢底物主要来自于宿主不能或没有来得及消化的食物以及肠道上皮细胞分泌的内源性粘液，经过肠道菌群(GM)的作用后，产生许多对人体健康有害或有益的代谢产物。除上述研究较多的肠道菌群(GM)代谢物外，还有苯多酚、苯甲酰等苯类衍生物，琥珀酸、α-酮戊二酸、乳酸等有机酸，咪唑丙酸等代谢物，它们也参与了宿主多个生理稳态的调控作用。当然，由于肠道菌群(GM)及其代谢物的复杂性，以及对生理、病理过程影响的复杂性，仍有大量肠道微生物衍生代谢物的机制及其生理功能仍未阐明。

第二节、代谢性疾病的肠道菌群 (GM)紊乱特征

肠道菌群在健康与疾病状态下的功能差异，揭示了“菌群失衡—功能异常—疾病发生”的潜在链条。现有研究虽不能涵盖所有紊乱菌群的分类与功能特征，但已观察到典型的模式。以肥胖人群为例，肠道菌Bacteroidetes/Firmicutes比，以及Akkermansia muciniphila、Bacteroides thetaiotaomicron、Clostridium histolyticum、Clostridium coccoides、Faecalibacterium prausnitzii和Methanobrevibacter smithii的丰度降低，而肠道菌Roseburia intestinalis、Ruminococcus gnavus、Ruminococcus torques、Dorea longicatena和Eubacterium ventriosum丰度升高。对应的生理指标变化是：β-葡萄糖醛酸的降解和芳香氨基酸的代谢、有机酸和氢气的产生。磷酸转移酶系统、谷氨酰胺或谷氨酸转运系统，以及苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸的生物合成水平上调；而缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸的降解、过氧化物还原酶及粘多糖降解水平下调。

肠道菌群(GM)作为“代谢器官”，通过代谢饮食、分泌信号分子，全方位调控宿主能量稳态、肥胖、炎症、胰岛素敏感性和激素分泌。肠道厚壁菌门(Firmicutes)、拟杆菌门(Bacteroidetes)发酵膳食纤维产生的短链脂肪酸(SCFAs)通过作用于肠上皮L细胞表达的G蛋白偶联受体(GPCR)，以多种方式影响宿主代谢。乙酸和丁酸刺激胰高血糖素样肽1(GLP-1)和肽YY(PYY)释放，并影响胰腺(GLP-1诱导的胰岛素生物合成)和大脑(PYY引起的饱腹感)，而乙酸可通过诱导生长素释放肽的分泌来增强脂肪储存。琥珀酸可促进解偶联蛋白1(UCP1)表达，增加脂肪组织的产热作用。但是，琥珀酸对脂多糖激活的巨噬细胞具有促炎作用，因此可能有助于脂肪组织的炎症和胰岛素抵抗。

脂多糖(LPS)是源自革兰氏阴性细菌膜的促炎化合物，其血液水平亦是肠屏障功能受损的重要指标。一级胆汁酸被肠道菌群(GM)转化为二级胆汁酸，二级胆汁酸通过TGR5受体发挥作用，促进GLP-1的释放，促进脂肪组织产生热。肠道菌群(GM)代谢膳食中磷脂酰胆碱和左旋肉碱可产生三甲胺(TMA)，经血液循环进入肝脏后被黄素单加氧酶(FMO)氧化成为三甲胺N-氧化物(TMAO)，从而导致动脉粥样硬化。咪唑丙酸(Imidazole propionate)是一种由组氨酸衍生的细菌代谢产物，可导致胰岛素抵抗。

在高脂饮食的状态下，肠道细菌衍生的支链氨基酸(BCAAs)与人类和啮齿动物的胰岛素抵抗相关。其他细菌代谢物(如吲哚及其衍生物)与芳烃受体(AhR)结合。吲哚丙酸与改善胰岛素分泌、胰岛素敏感性以及降低2型糖尿病风险有关。肠细菌产生的N-酰基酰胺(一种内源性大麻素模拟物)通过与G蛋白偶联受体119(GPR119)结合，调节宿主的葡萄糖代谢。

肠道细菌分泌的蛋白质也可调节旁分泌或内分泌，如ClpB是大肠杆菌分泌的一种蛋白质，参与食欲的调节；大肠杆菌分泌的黑皮质素样肽(MECO-1)是刺激黑色素细胞的结构和功能类似物，可抑制肠道促炎细胞因子(如IL-1β和IL-18)释放、诱导抗炎细胞因子(如IL-10和IL-22)释放，进而发挥抗炎作用；表达于Akkermansia muciniphila外膜上的Amuc_1100通过Toll样受体2(TLR2)增强了杯状细胞密度，改善了肠屏障功能，有利于改善能量代谢和胰岛素敏感性。肠道细菌合成的神经递质(如儿茶酚胺、组胺、γ-氨基丁酸和5-羟色胺)或气态神经递质(NO和H2S)还能调控宿主的神经信号传导。

第三章 饮食习惯与肠道菌群 (GM)

本章提要：

比较地中海饮食、生酮饮食等多种模式对菌群组成的影响，指出饮食塑造微生物群落的核心因素，并关联不同饮食与健康风险。

第一节、典型饮食结构-肠道菌群 (GM)组成-健康状态

饮食在塑造肠道微生物群的组成、功能和多样性方面起着关键作用，各种饮食对肠道内微生物群落的稳定性、功能性和多样性有着深远的影响。了解不同饮食对肠道微生物群的影响，不仅能让我们做出明智的饮食决定以改善代谢和肠道健康，还能预防和减缓因饮食不当引起的相关疾病的发生。在此我们介绍了不同饮食结构对肠道菌群(GM)组成和功能的影响，包括地中海饮食、高纤维饮食、植物性饮食、高蛋白饮食、生酮饮食和西方饮食，以便读者能更好地了解饮食结构-肠道菌群(GM)组成-宿主健康状态三者之间的因果关系。

全日粮中常量营养素组成及其对肠道微生物群的影响 每种饮食中常量营养素（脂肪、碳水化合物和蛋白质）和糖含量的分布不同。与每种饮食结构相关的肠道菌群（GM）及高产化的代谢物也会发生显著变化，研究不同饮食结构如何影响肠道菌群及其代谢物可为调控身体健康提供有益指导。

人类的肠型与长期的饮食习惯有关。拟杆菌属为主的肠型与饮食中高动物蛋白和饱和脂肪的摄入有关，在西方人中居多。普雷沃氏菌属为主的肠型与大量摄入碳水化合物和蔬菜纤维有关，在农业社会和素食者中居多。瘤胃球菌属为主的肠型与长期食用水果和蔬菜有关。尽管影响肠型的因素很复杂，但成人一生中约有30-40%的微生物会发生变化，且饮食是导致上述变化的最重要因素之一。

母乳是婴幼儿完美的营养来源。在母乳喂养期间，婴儿胃肠道就可定植放线菌门（如短双歧杆菌、长双歧杆菌、齿双歧杆菌、婴儿双歧杆菌、假小链双歧杆菌）和厚壁菌门（如乳酸杆菌、肠球菌和梭状芽孢杆菌），2-3岁时宝宝就建立起类似成人的微生物组，而最终的成人微生物组组成将主要取决于婴儿时期、青春期和成年期的食物摄入类型。

当下有几种流行的饮食模式，如地中海饮食、生酮饮食、素食/纯素食、无麸质饮食、低FODMAP饮食和间歇性禁食等。研究人员评估了其中一些饮食模式对肠道微生物组的调节能力。由于这些研究的复杂性，如改变某种特定营养物质的同时会改变其他微量营养素的摄入，以及人群队列数据的获取十分困难与漫长，因此，很多饮食方面的数据是从动物实验获得的。

地中海饮食

地中海饮食主要是水果、蔬菜、豆类、不饱和脂肪、鱼、橄榄油和葡萄酒，以及少量肉类。几项流行病学研究表明，地中海饮食可以降低厚壁菌门与拟杆菌门的比率，提高粪便中短链脂肪酸的含量，降低全因死亡（指在一定时期内由所有可能原因，包括疾病、事故、自杀、自然灾害等导致的死亡总和）及多种慢性疾病的风险。

生酮饮食

生酮饮食是一种低碳水化合物饮食(碳水化合物仅占摄入总热量的5-10%)。这种饮食模式可以增加体内酮体的产生，最初被用于控制儿童难治性癫痫(会使肠内双歧杆菌属、直肠真杆菌和小杆菌属相对丰度减少，放线菌门和大肠杆菌相对丰度增加)，近几年已被用于减肥，以及治疗其他神经系统疾病。但近期人体研究表明，这种饮食模式可能对肠道微生物组有负面影响，会导致菌群整体的丰富度降低。

素食/纯素食

富含植物的饮食可以降低患病风险。研究表明，坚持杂食饮食与素食饮食的人在肠道微生物的组成与丰度上略有差异，且在属和种水平上的差异更明显。与杂食者相比，素食者肠道中某些拟杆菌门的丰度更高，特别是普雷沃氏菌属。而粪便中短链脂肪酸的水平则与水果、蔬菜和豆类的摄入量呈正相关。

断食疗法/间歇性禁食

对超重成人的临床研究表明，间歇性禁食在多数情况下对肥胖、糖尿病、心血管疾病、癌症和神经系统疾病患者是有益的。禁食干预增加了肠道普氏栖粪杆菌、嗜黏蛋白阿克曼菌和双歧杆菌属等菌种的丰度。但间歇性禁食对肠道微生物组成以及代谢健康的有益影响尚未得到临床与实验研究的直接证实。

无麸质饮食（GFD）

乳糜泻也称口炎性腹泻，是一种遗传性疾病。乳糜泻患者通过饮食摄入麸质(小麦中的胶原蛋白)时，会触发不可逆的肠道损伤和全身性健康风险(包括消化系统症状如脂肪泻、腹痛、腹胀、便秘等及肠外病变如缺铁性贫血、骨质疏松、疱疹样皮炎、甲状腺功能异常，甚至神经系统症状)。从饮食中去除麸质，则病情通常会得到改善。研究表明，健康受试者采用GFD能降低肠道微生物组的细菌丰富度，而且对其微生物组组成的影响与部分乳糜泻(CD)患者或非乳糜泻麸质敏感(NCG/WS)患者不同。对于健康的受试者来说，GFD会导致肠道中有益菌种(如双歧杆菌属)减少、条件致病菌肠杆菌科细菌和大肠杆菌增生。但对于CD或NCG/WS患者来说，GDF有助于恢复肠道微生物组，减少促炎性菌种，进而改善胃肠道病理症状。

低FODMAP饮食

FODMAP是“可发酵的寡糖、双糖、单糖和多元醇”的英文首字母缩写，这些糖类在肠道中难以消化，停留时间长，且会在肠道菌群(GM)的发酵下产生气体，导致肠胃不适，尤其是诱发肠易激综合征(IBS)患者的腹部症状。低FODMAP 饮食可以缓解 50-80%的肠易激综合征患者的症状，尤其是改善腹胀、胀气、腹泻。 FODMAP包括低聚果糖、低聚半乳糖、低聚木糖、多元醇和果糖，具有益生元作用，可以刺激有益健康的细菌生长，如双歧杆菌属、嗜黏蛋白阿克曼菌和普氏栖粪杆菌。因此，低FODMAP饮食可能会对肠道微生物组成产生负面影响，如会降低放线菌门和双歧杆菌属，以及厚壁菌门特别是丁酸盐产生菌(如普氏栖粪杆菌)的丰度，增加了嗜胆菌属的相对丰度。不过，这些变化可以通过合理补充益生元逆转。

精准营养

精准营养的目的是确定个体微生物组的关键特征，以预测个体对特定食物成分的反应，从而设计出对身体有益的饮食。有证据表明，特定种类的肠道微生物可用来预测人们对特定饮食的偏好或回避。 如食用以大麦为基础的面包后，表现出葡萄糖代谢改善的受试者，其肠道微生物组中往往含有更丰富的普雷沃氏菌。肠道中具有一定丰度的嗜黏蛋白阿克曼菌的超重和肥胖成年人，在采取低卡路里饮食之后，胰岛素敏感性和脂质代谢会有显著改善，体脂也显著减少。对低FODMAP饮食有反应的肠易激综合征患儿肠道中，拟杆菌科、韦荣球菌科和梭菌目的比例相对较高。 在一项针对超重或肥胖的非糖尿病患者的研究中，通过采集肠道微生物组、饮食习惯、人体测量学和血液等参数，并利用机器学习方法，预测了受试者对相同食物的餐后血糖反应上的差异，表明精准营养对不同个体的特定饮食取向预测是可行且必要的。

第二节、膳食营养素-肠道菌群 (GM)组成-宿主健康状态

饮食会影响肠道微生物的组成与丰度，由此产生的对菌群代谢产物的影响则对机体健康更为重要。人体所需的营养素有碳水化合物、脂类、蛋白质、矿物质、维生素、膳食纤维和水共七大类。宏量营养素则专指糖类、脂类和蛋白质这三种。

高碳水化合物饮食有利于毛螺菌科、瘤胃球菌科、拟杆菌属、双歧杆菌属和梭状芽孢杆菌属，以及一些肠杆菌科菌种的生长。膳食纤维是一种肠道微生物难以消化的碳水化合物聚合物，在化学成分、理化性质和生理效应方面有很大不同。膳食纤维通过微生物代谢网络调控肠道粘液层动态平衡，其保护作用依赖于纤维类型、剂量及宿主菌群特征。

合理补充膳食纤维可有效预防肠道粘液耗竭相关的炎症与感染。膳食纤维被结肠微生物发酵降解，主要终产物是乙酸盐、丙酸盐和丁酸盐，引起多种生理效应，包括： (1) 对肠道微生态的影响，如抗菌特性、减少氧气向肠腔的扩散； (2) 对肠屏障功能的影响，如诱导紧密连接蛋白的表达、肠粘液的产生； (3) 对宿主的直接代谢和免疫的影响，如增加控制饱腹感的肠激素产生、促进脂肪组织的分解、提高胰岛素敏感性。食用膳食纤维会增加肠道微生物组的多样性和丰富度，提高普雷沃氏菌属和拟杆菌属的比率，显著增加产SCFAs菌的丰度，包括毛螺菌属、阿克曼氏菌属、双歧杆菌属、乳酸杆菌属、瘤胃球菌属、罗斯氏菌属、梭状芽胞杆菌属、Faecalibacterium菌属和多尔氏菌属。

高蛋白的摄入会增加肠道罗斯氏菌属、直肠真杆菌、普氏栖粪杆菌、乳酸杆菌属和拟杆菌属的丰度。蛋白质和氨基酸在肠道微生物脱氨作用下生成SCFAs、支链氨基酸（异丁酸、异戊酸和2-甲基丁酸）、苯酚化合物（苯丙酸、苯乙酸、对甲酚、吲哚丙酸和吲哚乙酸）、胺、硫化物和氨，进而对宿主健康发挥有益或有害的影响。典型案例之一是红肉中的蛋白质，它是体内L-肉碱的重要来源之一，L-肉碱被肠道细菌分解代谢产生TMA，再进一步被肝脏代谢成TMAO，该物质会促进动脉粥样硬化的发展，是冠状动脉疾病等心血管疾病的高风险因子。

动物实验表明，高饱和或单不饱和脂肪饮食喂养对肠道微生物群有负面影响，尤其是高饱和脂肪（包括肉类尤其是带皮肉、牲畜油如猪油、奶制品如黄油和奶油、全脂牛奶、全脂奶酪或酸奶，以及椰子、棕榈果或棕榈仁的油等）喂养会导致内毒素血症和胰岛素抵抗；而多不饱和脂肪（包括ω-6脂肪酸和ω-3脂肪酸两类）饮食喂养似乎是中性结果，但也认为富含ω-6脂肪酸的饮食可能与不良胆固醇与甘油三酯水平的降低有关，而富含ω-3脂肪酸的饮食则有利于降低血液中的甘油三酯水平与降低患心血管疾病的风险。

典型案例之二是高多糖饮食（如糖果、蛋糕、甜点、软饮料等），它们会被肠道中的有害菌群迅速发酵，产生大量的有害代谢产物。这些代谢产物可能刺激肠道黏膜，导致肠道炎症和肠道微生态失衡，增加患肠炎、肠胃道疾病和肠道感染的风险，同时也与精神疾病、代谢综合征、心血管疾病、记忆和认知障碍、皮肤衰老、睡眠障碍等高度相关。高动物脂肪的摄入会增加耐胆汁微生物的丰度，如别样杆菌属、嗜胆菌属和拟杆菌属，并减少厚壁菌门的丰度，如罗斯氏菌属、直肠真杆菌和代谢植物多糖的布氏瘤胃球菌。富含脂肪的饮食与更少量的SCFAs的产生有关，并增加了到达结肠的胆汁酸，这些胆汁酸被微生物去羟基化后，会生成有致癌性的次级胆汁酸。

饮食中的宏量营养素也可以影响其他微生物，如古菌、真菌和噬菌体。碳水化合物的消耗与大量的甲烷短杆菌有关，这是一种通过代谢氢来产生甲烷和短链脂肪酸的古菌。宏量营养素还会对真菌产生影响，与炎症性肠病(IBD)的发病有关。

膳食纤维和蛋白质对人类健康的影响 肠道微生物降解膳食纤维的过程会引发对循环屏障功能和免疫系统的影响，尤其是膳食纤维分解产生的SCFAs（如丁酸盐）进入下游循环，可改善胃肠功能、调节食欲、抑制炎症、改善胰岛素敏感性和脂肪酸氧化等有益效应。而肠道微生物分解蛋白质则会产生支链脂肪酸（BCFAs）和吲哚等代谢物，从而对宿主健康产生多重协同影响。

膳食中多不饱和脂肪酸和多酚对人体健康的影响 饮食中的多不饱和脂肪酸（PUFAs）会被肠道菌群代谢，增加特定细菌（如双歧杆菌和产丁酸盐细菌）的丰度，生成SCFAs（尤其是丁酸盐）。PUFAs还可抑制促炎肠杆菌丰度，减少内毒素和白细胞介素17（IL-17）的产生，改善肠屏障功能进而缓解炎症。由PUFAs代谢产生的SCFAs进入体循环，可缓解胰岛素抵抗、炎症和内毒素血症，改善肥胖导致的代谢紊乱。此外，多酚可被肠道菌代谢分解成具有生物活性的代谢物，增加肠内有益细菌丰度（如双歧杆菌、阿克曼氏菌和乳杆菌）。这些细菌在维持肠屏障功能、调节免疫系统方面有重要作用。多酚在肠道内具有显著抗炎抗氧化作用，其在体循环中被吸收可进一步抑制全身炎症和氧化应激，改善内皮功能。

饮食、肠道微生物群及肠道疾病 “饮食结构→肠道微生物群代谢→生理/免疫通路→疾病风险”存在明确的连接反应。摄入含胆碱的红肉会增加肠道三甲胺(TMA)的生成并在肝脏被转化为TMAO，这是促进动脉粥样硬化和增加心血管疾病(CVD)的高风险因素。动物蛋白和低纤维饮食会对生理功能产生严重影响，食用过多红肉会减少肠道中丁酸的产生，加剧炎症反应；纤维摄入减少会增加TH17细胞的产生、减少T调节细胞和SCFAs的产生。这种失衡最终导致肠道内慢性炎症加剧，显著增加患炎症性肠病(IBD)的风险。此外，饮食脂肪过量摄取还会激活胆汁酸受体如法尼醇X受体(FXR)和G蛋白偶联受体5(TGR5)，从而导致糖脂代谢失调。

第四章 肠道菌群健康稳态的膳食管理

本章提要：

聚焦全植物食品和加工食品对菌群稳态的差异影响，提倡高纤维饮食以增强肠屏障功能，并警示加工食品的潜在危害。

第一节、饮食结构对肠道菌群 (GM)健康稳态的影响

近现代人类饮食最重要的变化之一是加工与超加工食品的摄入。2022年《中国居民膳食指南(2022)》提出了平衡膳食八准则：(1)食物多样，合理搭配；(2)吃动平衡，健康体重；(3)多吃蔬果、奶类、全谷、大豆；(4)适量吃鱼、禽、蛋、瘦肉；(5)少盐少油，控糖限酒；(6)规律进餐，足量饮水；(7)会烹会选，会看标签；(8)公筷分餐，杜绝浪费。

纵观不同饮食文化国家的指导原则，均有很强的一致性，即：(1)建议限制或避免添加高糖、高盐和高饱和脂肪的食品，一些国家还特别提到避免加工、超加工和/或包装食品。(2)一半以上的饮食应包括蔬菜、水果和谷物产品，全谷物优先于精制谷物。这些饮食需要补充少量的动物性蛋白质(鱼类、瘦肉、家禽、鸡蛋和乳制品)和/或植物性蛋白质(豆类、坚果)。

目前人类食用的食品主要是全植物食品与加工食品。在肠道菌群(GM)的健康管理措施中，科学合理的饮食摄取是关键。代谢健康的肠道微生态可通过摄取高膳食纤维、低动物脂肪与动物蛋白饮食来实现。全植物饮食结构中那些不能被胃肠道消化吸收、也不产生能量的植物多糖、膳食纤维及益生元，可被结肠微生物发酵产生一系列小分子化合物，参与调控肠屏障功能、糖脂代谢、免疫与炎症及内分泌。

如产生的短链脂肪酸(SCFAs)可为结肠细胞提供额外的能量来源，降低管腔内pH值，并与肠内L细胞上表达的G蛋白偶联受体(GPCR)-41、43结合诱导肠道激素如GLP-1和PYY等的分泌，从而增加能量消耗、减少食物摄入、改善葡萄糖代谢和胰岛素分泌。此外，丁酸盐既是过氧化物酶体增殖物激活受体γ(PPARγ)的激活剂，也是肠道线粒体β-氧化的刺激剂，对维持肠腔厌氧环境十分重要。

高动物脂肪和蛋白质饮食、久坐不动、吸烟、饮酒和相对不经常排便引起的微生物营养不良可导致粘膜渗漏，肠道和全身炎症及短链脂肪酸(SCFAs)的产生减少，从而导致肠内L细胞分泌的肠道激素减少。在发酵过程中，膳食蛋白首先被各种细菌肽酶、蛋白酶和内肽酶裂解，释放出游离氨基酸和短肽，然后再发酵产生支链脂肪酸(BCFAs：2-甲基丁酸，异丁酸和异戊酸)、三甲胺、有机酸、气体(H2S, H2和CO2)和微量的酚、胺、吲哚和氨，导致管腔内pH值增加。

总之，肠道微生物环境和代谢物的变化会导致病原体相关分子模式(PAMP)的泄漏（如血液中脂多糖LPS含量升高），引发全身性低度炎症和胰岛素抵抗。因此，膳食纤维对人体健康十分关键。

注释：图1说明了饮食主要营养素对肠道菌群(GM)稳态和宿主代谢健康的影响。该图通过“饮食组成→消化过程→微生物代谢→肠道环境→全身代谢”的链条，直观展示了：1. 健康饮食（高纤维、低动物成分）塑造“有益微生物群”，驱动代谢保护；2. 不健康饮食（高动物成分、低纤维）滋养“致病菌生物群”，推动代谢疾病发生。

第二节、全植物食品对代谢健康的有益影响

在所有国家的饮食指南中，均建议食用蔬菜、水果、全谷类、豆类和坚果等全植物食品，限制摄入添加糖、盐或饱和脂肪的加工食品。

全植物食品是膳食纤维的唯一相关天然来源。膳食纤维作为“第七大营养素”，其生理作用涉及肠道健康、代谢调节、疾病预防等多个维度，具体介绍如下：

(1) 肠道健康调节 包括肠道蠕动与排便（不溶性膳食纤维通过增加粪便体积、刺激肠黏膜及促进机械性摩擦，有效预防便秘和痔疮。如全麦食品中的纤维可加速代谢废物排出，减少内毒素浓度）、菌群平衡（可溶性纤维果胶、β-葡聚糖被肠道菌群(GM)发酵生成SCFAs如丁酸，抑制致病菌如产气荚膜梭菌增殖，促进双歧杆菌、乳杆菌等益生菌生长）和致癌物吸收（纤维通过吸附肠道内毒素、稀释致癌物浓度，降低结肠癌风险。如小麦纤维可显著减少致癌物接触肠壁的机会）。

(2) 代谢调控 包括血糖调节（燕麦中的β-葡聚糖形成黏稠凝胶延缓胃排空，降低餐后血糖波动，同时刺激胰岛素敏感性，降低2型糖尿病风险）、血脂调控（膳食纤维通过吸附胆汁酸和胆固醇，减少其重吸收。如苹果果胶等可降低血清总胆固醇和低密度脂蛋白，降低心血管疾病死亡率）和矿物质吸收（部分水溶性纤维如菊粉可增强钙、镁、铁的吸收效率，对素食者营养补充至关重要）。

(4) 免疫与炎症调节 包括抗炎（短链脂肪酸如丁酸通过抑制NF-κB通路减少促炎因子IL-6等的释放，缓解肠炎和全身性炎症）和强化免疫屏障（膳食纤维可刺激肠道免疫功能，增强对致病菌的识别与清除能力。如β-葡聚糖可促进肠道分泌型IgA水平提高30%）。

(5) 器官保护 包括心血管系统（通过调节血脂、促进排钠降压及抑制血管炎症，显著降低心脏病风险）、脑与神经系统（膳食纤维减少脑部炎症介质，延缓认知功能衰退。如色氨酸代谢产物吲哚-3-乳酸可穿过血脑屏障，调节神经递质平衡）和肝功能（减少胰岛素过度分泌，抑制肝脏胆固醇合成，降低脂肪肝发生风险）。

与肠道微生物群特别相关的是可发酵纤维，也称为微生物群可获得碳水化合物。如果它们显示出对肠道益生菌有选择性的有益影响，则为益生元。益生元被定义为宿主肠道微生物选择性利用的底物。由于益生元的概念并没有就什么构成选择性效应，这种效应与健康益处的因果关系以及如何区分益生元和膳食纤维提供明确的指导，导致欧洲食品安全局规定在相关食品成分清单上，益生元必须标记为膳食纤维。

全植物食品的另一个关键成分是植物化学物质，它们是非营养和生物活性化合物，通常与膳食纤维结合，赋予植物颜色、风味、气味和涩味。大多数植物化学物质不能被小肠吸收，但与肠道微生物群存在双向互作。肠道微生物通过去甲基化、开环和脱羟基等过程，对植物化学物质进行生物转化，增加它们的生物利用度，以及抗氧化和免疫调节作用。

高纤维饮食可降低心脏病发作、中风和心血管疾病的风险。比如常见于全谷物（如黑麦、小麦、燕麦、大麦、大米、玉米等）中的阿拉伯木聚糖和常存在于洋葱、菊苣根、大蒜和朝鲜蓟中的长链菊粉。长期摄入阿拉伯木聚糖的参与者，血脂状况得到明显改善（低密度脂蛋白、总胆固醇和其他有害脂质水平有所降低），且其降低血液胆固醇与胆汁酸分泌增加或胆汁中其他组份变化有关。摄入低剂量长链菊粉与炎症标志物轻微减少和双歧杆菌丰度增加有关，过多摄入则带来不利影响，如参与者每天摄取30克，血液中炎症指标和肝损伤指标如ALT水平显著升高。

因此，不同膳食纤维对人体肠道菌群(GM)与健康的影响因人而异，这可能取决于具体摄入的膳食纤维类型与摄入剂量，以及人体基因与健康状态的个体差异。

注释：图2展示了全植物食品对肠道菌群(GM)稳态及宿主生理、免疫、代谢和疾病风险的影响途径与潜在机制。

第三节、加工食品对代谢健康的影响

尽管全植物食品具有有益的健康效果，但工业化国家的全植物食品消费量始终低于居民膳食指南的建议水平，而加工食品的消费量则逐年递增。食品加工程度是影响膳食质量的主要因素，加工食品的功能特性与全植物食品有着根本的不同。

加工食品通常具有较高的能量密度，且植物食材的细胞结构已被破坏。因此，营养素主要是无细胞壁包裹的游离态，更易被宿主消化与吸收，并可能导致小肠细菌的过度生长，产生对免疫和内分泌功能有负面影响的肠道微生态。

同时，加工食品的植物细胞壁已被破坏或降解，因而缺乏必要的膳食纤维，导致结肠微生物群无法通过降解膳食纤维获得足量所需的营养素。如高果糖玉米糖浆已被证明可影响肠道微生物群的组成与代谢，导致小鼠脂肪肝和葡萄糖不耐受。

加工食品的另一个重要特点是含有众多天然或合成添加剂，如人工甜味剂和乳化剂，这些添加剂虽可进一步提高口感和保质期，但也会影响肠道微生物群。人工甜味剂的摄入会导致拟杆菌属和一些梭状芽孢杆菌属丰度的增加，以及双歧杆菌属和乳酸杆菌属丰度的减少，这些改变会在宿主体内诱发一些由微生物介导的不良反应，如葡萄糖不耐受和代谢综合征。

而天然的甜菊糖苷（从甜叶菊叶片中提取）则与肠道微生物组的显著变化没有直接关联。羧甲基纤维素、聚山梨醇酯80、卵磷脂和单双甘油脂肪酸酯是最常用的食品乳化剂。流行病学研究发现，短期、长期食用含有合成乳化剂羧甲基纤维素(CMC)、聚山梨酯80、甘油单月桂酸盐的食品，可以改变人类肠道微生物群组成，降低粪便中SCFAs水平，诱导细菌侵入肠粘液层损害肠屏障功能，并可能与心血管疾病、代谢紊乱以及克罗恩病的发生发展有密切关系。动物实验研究也发现乳化剂对肠道微生物组、粘膜屏障和炎症相关通路都有影响，并可诱导相关疾病的发生，但目前还缺乏这些乳化剂的过量摄取与人类相关疾病的发生、发展有直接联系的确凿证据。

此外，加工食品中的高盐含量也可改变肠道微生物群，降低乳酸菌丰度，这与小肠固有层淋巴细胞和外周血淋巴细胞中辅助性T细胞17的数量增加、血压升高及结肠炎加剧高度相关。

注释：图3显示了加工食品对肠道微生物群及宿主代谢、免疫、炎症相关疾病风险的影响。因此，你的健康焦虑可能与食品添加剂有关。要警惕食品添加剂相对肠道微生物群的不利影响。