第四章 肠道微生物组研究14个主题方向
4.2 营养
很多疾病除与饮食相关外，肠道微生物组也在其中发挥重要作用。“营养” 主题主要从饮食与肠道微生物组的相互作用、靶向肠道微生物组的饮食干预以及为食品科学赋能等角度简要概述该主题。
4.2.1 高影响力研究者
“营养”主题的高影响力研究论文的作者姓名词云、核心研究团队（以通讯作者为准）及代表性研究，分别详见图4.2.1、表4.2.1。
图4.2.1 “营养”主题的作者姓名词云
表4.2.1 “营养”主题的代表性研究者
4.2.2 主要认知和研究现状
“营养”主题高影响力研究论文的关键词词云如图4.2.2所示。通过Citespace 文本挖掘，该主题的常见名词（term）包括短链脂肪酸（short-chain fatty acids）、高脂饮食（highfatdiet）、代谢综合征（metabolic syndrome）、膳食纤维（dietary fiber）、体重（body weight）、饮食干预（dietary interventions）、结直肠癌（colorectal cancer）、炎症性肠病（inflammatory bowel disease）、肠道炎症（intestinal inflammation）、西式饮食（western diet）、胰岛素敏感性（insulin sensitivity）、肠屏障功能（gut barrierfunction）、抗炎效应（anti-inflammatory effects）等。
图4.2.2 “营养”主题高影响力研究论文的关键词词云
现有研究表明，饮食成分可通过影响宿主代谢、免疫和肠道屏障等直接或间接途径塑造肠道微生物组的组成和功能，饮食量、进食节律等也是重要影响因素，遗传和外界因素则可增加饮食对微生物组影响的复杂性。纤维、脂肪、动物蛋白、添加剂、矿物质、植物活性物质等与微生物组互作，影响微生物组的免疫调节作用和代谢产物，改变宿主基因表达，在局部和系统层面影响健康和疾病。然而，目前仍存在一些彼此矛盾的研究结果。基于饮食的微生物组疗法中，“量身定制”的个性化营养正在起步。[1]
4.2.2.1 肠道微生物组的组成和多样性
肠道微生物可以代谢膳食营养成分，帮助消化食物，并在此过程中产生大量代谢物，对人体生理产生积极和消极的影响。三大宏量营养素包括碳水化合物、蛋白质和脂肪，构成膳食营养成分的主体，人体不能完全消化的食物含有的宏量营养素会作为微生物的底物产生发酵产物，影响宿主健康。目前研究已经揭示出肠道微生物代谢三大宏量营养素的主要机制。[2]
图4.2.3 人类肠道微生物组丙酮酸分解代谢的策略[2]
碳水化合物：肠道微生物的多糖利用位点可编码一系列用于摄取、利用特定多糖的酶和蛋白质，包括碳水化合物活性酶（CAZymes），其中多种糖苷水解酶用来降解复杂的碳水化合物，如多糖和纤维。肠道细菌发酵膳食碳水化合物的关键产物是短链脂肪酸（SCFAs），如乙酸、丙酸、丁酸等，以及氢气、甲烷、硫化氢等气体。SCFAs具有重要生理功能，如为肠上皮细胞提供能量、发挥抗炎作用等。
蛋白质：蛋白质通过肠道细菌产生的蛋白酶被分解成氨基酸，氨基酸被细菌进一步发酵产生SCFAs、支链脂肪酸（BCFAs）、氨、胺、酚类、吲哚类化合物和硫化物等，其中一些代谢物可能对宿主健康有害。
脂肪：少数未被消化的膳食脂肪到达结肠，肠道微生物通过脂肪酶将甘油三酯、磷脂分解为极性头基和游离脂肪酸。游离脂肪酸在肠道具有抗菌作用，并能直接作用于宿主的模式识别受体。
除了代谢宏量营养素，肠道细菌还可以合成多种维生素，如维生素K、B族维生素，并在膳食多酚代谢中发挥重要作用，例如将多酚类化合物大豆苷元转化为生物活性更高的代谢产物雌马酚。这些功能都充分体现了肠道微生物组的营养属性。
此外，红肉富含的L- 肉碱可被肠道微生物代谢为三甲胺（TMA），在宿主肝脏被转化为与心血管疾病相关的代谢物氧化三甲胺（TMAO）。二氧化碳（CO2）与氢气（H2）的代谢，以及黏蛋白、胆汁酸等内源性物质的代谢也受到肠道微生物组的显著影响。
参考文献
1.Zmora, N., J. Suez, and E. Elinav, You are what you eat: diet, health and the gut microbiota. Nat Rev Gastroenterol Hepatol, 2019. 16(1): p. 35-56.
2.Oliphant, K. and E. Allen-Vercoe, Macronutrient metabolism by the human gut microbiome: major fermentation by-products and their impact on host health. Microbiome,2019. 7(1): p. 91.
