不偏食不挑食，健康的腸道菌群需要飲食的多樣化

早在1990年，美國匹茲堡大學醫學院的研究人員發表了一項研究，他們對25名年齡在6-12歲的體重超重45%的兒童進行了治療，而他們的父母中也有一個超重。治療持續8個月，包括飲食指導、行為管理訓練、運動等。在治療期間，父母和孩子的體重都減輕；但是，在治療結束10年後，孩子們的超重率仍然保持7.5%的下降。與此相反，與孩子同時接受治療的父母，他們的超重率從基線增加了9.1%。青春前期的受試者能夠保持體重減輕，而他們的父母卻不能的原因仍然是醫學上的一個謎。

這一研究是在我們了解胃腸道微生物與調節新陳代謝的生理系統的相互作用之前進行的。2007年底，美國國立衛生研究院啟動了人類微生物組計劃（HMP），2008年初，歐盟和中國也啟動人類腸道宏基因組計劃（MetaHIT），應用先進的測序技術和生物信息學分析工具來了解我們身體上的微生物特徵。生物多樣性是生態系統功能的一個重要方面，也一直是HMP和MetaHIT項目關注的重點。與所有健康的生態系統一樣，微生物多樣性高是健康個體的胃腸道微生物群落特徵。具有相似作用的微生物物種的增加或丟失只會對菌群功能產生很小的影響；然而，少數物種佔據主導地位或物種多樣性的缺乏則可能會顯著影響菌群功能。

青春前期的孩子能夠保持體重減輕可能是因為比他們的父母擁有更豐富的微生物。事實上，6-12歲的健康的青春前期的兒童胃腸道微生物的多樣性遠遠大於生活在同一城市的健康成年人。生物多樣性越高，生態系統從紊亂中恢復或調整的能力就越大。相反，微生物多樣性的降低在一些疾病狀態下很常見。

在過去的50年里，肥胖、2型糖尿病和炎症性腸病等疾病的發病率急劇上升，且這些疾病都伴隨著腸道菌群多樣性的降低。這個生物群落中充滿著以未消化和部分消化的食物形式存在的能量，在某些情況下，還有藥物和膳食補充劑。群落中的每一種微生物都能將能量轉化為新的分子，這可能就是關於能量攝入和宿主生理系統消化狀況的信息。因此，通過我們的飲食選擇，我們可以選擇某些微生物物種的食物，並為它們在其它胃腸道微生物的競爭中提供優勢。飲食越多樣化，微生物群落也越多樣化和越健康，也就越能適應外界環境的干擾。青春前期的孩子比他們的父母有更多樣化的胃腸道菌群，因為他們的飲食從簡單的嬰兒飲食逐漸過渡到成人的飲食，並逐漸選擇和接觸新的食物。成年後，已經建立起比較固定的飲食習慣、不願意去探索新的食物。

不幸的是，在過去的50年里，因為世界人口的日益增長導致人們生產更多食物的經濟壓力增大，所以導致我們飲食的多樣性逐漸喪失。農業生物多樣性的降低，或者說各種可食用植物品種的種植和動物品種的養殖減少，正在以驚人的速度發生。根據聯合國糧農組織的說法，由於全世界的農民把土地留給了那些基因統一且產量高的品種，75%的植物遺傳多樣性已經消失。在已知的25萬到30萬種可食用的植物物種中，人類只利用了大約150到200種。現在，世界上75%的食物都是由12種植物和5種動物組成的。

農業生產中使用抗生素作為家禽、豬和牛的生長促進劑進一步減少了胃腸道微生物。美國食品藥品監督理局批准使用抗生素來促進牲畜生長，是因為當時認為肉類在被食用後，肉類中殘留的低水平的抗生素不會顯著影響人類血液中的水平。然而，當抗生素被批准為生長促進劑時，其對腸道菌群的影響並沒有得到重視。事實上，抗生素殘留可能會導致腸道菌群組成和功能的變化。作物農業生產依賴於殺蟲劑的使用來保護作物免受雜草、真菌和昆蟲等的破壞性影響。就像使用抗生素作為生長促進劑一樣，農作物中的農藥殘留也可能足以改變腸道菌群。因此，在過去的一個世紀里農業實踐的變化限制了腸道菌群的多樣性。

飲食改變後的3天就可以導致腸道菌群組成的改變。飲食偏好，比如純素食或純肉食可能導致一些必須的營養物質的缺乏而導致一些關鍵的腸道細菌的消失。雖然暫時去除一種必需的營養素只會短暫地減少菌群多樣性，但是長期缺乏某種營養物質比如膳食纖維則可能導致無法逆轉的微生物的消失。由此可見，一些流行食療法，比如不吃碳水化合物也可能減少微生物的豐富程度。儘管，治療糖尿病的第一道防線包括減少糖和澱粉的攝入，它們可以被難消化的碳水化合物比如低聚糖所取代，但是這些碳水化合物仍然可以被腸道微生物所代謝。一些常用於製造加工食品的膳食乳化劑也會減少微生物多樣性，可能導致結腸炎。

由於食物中的營養物質可以被腸道微生物轉化為與宿主相互作用的新的信號分子，信號分子的種類越多，在進食受到影響時宿主維持自我平衡的可能性越大。比如，貝類、雞蛋、牛奶、紅肉和家禽等食物中富含的磷脂醯膽鹼可以被腸道微生物轉化為三甲胺，它被宿主吸收並被氧化為動脈粥樣硬化相關的氧化三甲胺。然而，地中海飲食中常見的香醋、紅酒、冷榨特級初榨橄欖油或葡萄籽油含有三甲胺產生的抑製劑。

過量攝入糖分和澱粉後，腸道上部負責糖吸收的葡萄糖轉運蛋白（GLUTs）和鈉-葡萄糖協同轉運蛋白（SGLTs）達到飽和，因此，碳水化合物進入到腸道下部被腸道微生物轉化為短鏈脂肪酸。這些短鏈脂肪酸作為促分泌素促進胃腸道激素肽YY和胰高血糖素樣肽-1的釋放，它們可以進一步減少食物攝入量，減緩胃排空和胃腸道轉運，增加胰島素分泌。這些行為進一步限制食物攝入和允許攝入的葡萄糖進入細胞存儲起來。此外，短鏈脂肪酸會與中鏈脂肪酸競爭結合胃飢餓素-o-乙醯轉移酶，從而阻止中鏈脂肪酸激活胃飢餓激素。胃飢餓激素激活會刺激食慾。可發酵的低聚糖、二糖、單糖和糖醇（FODMAPs）可以引發腸易激綜合征或炎症性腸病患者的胃腸道癥狀。因此，低FODMAP飲食往往是這些患者治療的一部分。這種飲食也可能對腸道微生物產生長遠的影響。

健康、穩定、多樣化的腸道微生物生態系統是在使用飲食來擾亂疾病動物模型的生理系統時所需要考慮的一個重要組成部分，然而它卻經常被忽視。研究肥胖和胰島素抵抗的一個常見的模型是將傳統的飲食切換為高脂高糖的西式飲食。傳統的飲食通常更加多樣化，包含各種來源的營養素，比如全麥、脫皮豆粕、玉米、動物脂肪和濃縮乳清等等；而常用於誘導肥胖的飲食多樣性要低得多，蛋白質的來源是酪蛋白，碳水化合物的來源是玉米澱粉和蔗糖，脂肪的來源是豬油。飲食多樣性的降低可能也是導致肥胖發生的一個重要因素，與腸道菌群多樣性降低有關。

從營養成分組成，包括蛋白質、脂肪和碳水化合物等上看，即使不同人的飲食是相似的，但是飲食結構的多樣性不同，也可能產生不同的影響。如上所述，微生物產生的短鏈脂肪酸可以抑制胃飢餓激素的激活。因此，富含植物多糖的飲食可以使胃飢餓激素的作用減弱，而更多樣化的飲食可能使胃飢餓激素的抑制減少。2010年，一項來自德克薩斯大學西南醫學中心的研究使用野生型小鼠和胃飢餓激素功能缺失的小鼠發現胃飢餓激素可以在熱量攝入不足的情況下幫助預防血糖過低；而2012年，德國赫姆霍茲慕尼黑研究中心的一項研究沒能驗證這一發現。雖然這兩項研究使用的飲食在營養物質含量看似是相似的，但實際上是非常不同的。前一項研究使用的飲食中18%的熱量來自脂肪，33%來自蛋白質，49%來自碳水化合物；而第二項研究中使用的飲食17%的熱量來自脂肪，25%來自蛋白質，58%來自碳水化合物。但是，仔細分析食物成分的多樣性就會發現，後者是一種素食，主要由玉米、脫皮豆粕、燕麥、麥麩、脫水苜蓿草粉和玉米麩粉等；而前者的食物構成更多樣化，還含有動物製品。因此，第二項研究中的飲食可能促進一種維持高水平的短鏈脂肪酸的腸道菌群，當野生型小鼠本身食用這種飲食的時候就可能導致胃飢餓激素水平較低，因而表現出與胃飢餓激素功能缺失的小鼠差異不明顯。

解決另一個醫學謎題的線索來源於腸道菌群產生的次級膽汁酸。Roux-en-Y胃旁路術和垂直套筒胃切除術等減肥手術在手術後和體重顯著降低之前就能迅速改善肥胖的併發症。兩種減肥手術的結果似乎與法尼酯X受體介導的膽汁酸信號有關。現在研究已經知道膽汁酸的多樣性是依賴於腸道微生物的多樣性的。增加膳食脂肪的多樣性，例如飽和脂肪酸、單不飽和脂肪酸和多不飽和脂肪酸，可以改變腸道菌群的多樣性，從而調節膽汁酸的多樣性。

在未來，減肥治療或可以從一個特定的飲食計劃開始，增加其腸道菌群的豐富程度作為減肥治療的前奏，以使其能夠在較長的時間內維持體重減輕，就像文章開頭我們提到的青春前期的兒童一樣。事實上，基於個性化腸道菌群的短期個性化飲食干預可以改善潛在糖尿病人和2型糖尿病患者的餐後血糖調節。通過飲食多樣性來增加腸道菌群多樣性的研究很可能延伸健康營養的概念，促進新診斷的發現並開闢新的治療可能性。

圖片來自網路

參考文獻：

Heiman, M. L. and Greenway, F. L. (2016). "A healthy gastrointestinal microbiome is dependent on dietary diversity." Molecular Metabolism 5(5): 317-320.

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