肠道微生物的饮食干预:我们离精准医疗还有多远?
Dietary Interventions to Modulate the Gut Microbiome-How Far Away Are We From Precision Medicine.
Inflamm Bowel Dis(2018)
DOI 10.1093/ibd/izy080.
Abstract
The importance of the gut microbiome in human health and disease is fully acknowledged. A perturbation in the equilibrium among the different microbial populations living in the gut (dysbiosis) has been associated with the development of several types of diseases. Modulation of the gut microbiome through dietary intervention is an emerging therapeutic and preventive strategy for many conditions. Nevertheless, interpersonal differences in response to therapeutic treatments or dietary regimens are often observed during clinical trials, and recent research has suggested that subject-specific features of the gut microbiota may be responsible. In this review, we summarize recent findings in personalized nutrition, highlighting how individualized characterization of the microbiome may assist in designing ad hoc tailored dietary intervention for disease treatment and prevention. Moreover, we discuss the limitations and challenges encountered in integrating patient-specific microbial data into clinical practice.
肠道微生物群在人类健康和疾病中的重要性已得到充分认识。肠道内不同微生物种群之间的平衡失调(失调)与几种类型疾病的发生有关。通过饮食干预调节肠道微生物群是许多疾病的一种新兴的治疗和预防策略。然而,在临床试验期间经常观察到对治疗或饮食方案反应的个体差异,最近的研究表明肠道菌群的受试者特异性特征可能是原因之一。
在这篇综述中,个性化营养的最新发现,强调了微生物组的个体化特征可能有助于设计特别定制的饮食干预,以用于疾病的治疗和预防。此外,本研究讨论了将患者特异性微生物数据整合到临床实践中遇到的限制和挑战。
在健康人体中,宿主和微生物群之间存在着共生关系。前者提供食物中的营养素,后者促进消化和吸收,合成必需的维生素,也促进免疫细胞的成熟和免疫功能的发展。
此外,微生物组还可以通过分泌细菌代谢产物影响人体健康。比如某些肠道菌群可以通过降解复杂的植物源多糖产生短链脂肪酸(SCFAs),如丁酸盐、丙酸盐和醋酸盐,在抗炎、抗癌、免疫调节中发挥积极作用。
又如高蛋白饮食会导致结肠中几种氨基酸衍生产物的积累,如支链脂肪酸、苯酚、对甲酚和苯乙酸,这些产物与促炎和致癌作用有关。
此外,富含脂肪的饮食会导致更多的胆汁进入结肠,在微生物的作用下,结肠中胆汁酸被转化为次生胆汁酸,直接参与与结肠直肠癌发生相关的过程,如细胞凋亡、细胞增殖和DNA损伤诱导。
常见的与肠道微生物组整体失调有关的疾病包括:肥胖、Ⅱ型糖尿病、心血管疾病、免疫介导的食物不良反应、结直肠癌(CRC)、神经系统疾病,特别是炎症性肠病(IBD)和肠易激综合征(IBS)。
在炎症性肠病(克罗恩病和溃疡性结肠炎)患者中,微生物平衡被破坏,某些细菌和真菌种类丰富。然而,目前尚不清楚微生物组的变化是IBD的慢性炎症所致,还是微生物组失衡导致IBD的发生。但西式饮食的盛行,让微生物组丧失了消化植物源纤维和产生有益代谢产物如抗炎短链脂肪酸的能力,在IBD的发生和发展中扮演了重要角色。
IBD患者中厚壁菌门的减少,特别是产丁酸的Roseburia hominis和Faecalibacterium prausnitzii。两项回顾性研究评估了特定碳水化合物饮食(Specific Carbohydrate Diet,SCD)作为治疗儿童乳糜泻的唯一方法,结果显示,使用SCD 5 -30个月对炎症标志物和该病的临床表现有积极影响。
几项研究证实了高动物蛋白饮食和脂肪摄入会增加患IBD的风险,而富含橄榄油、鱼、蔬菜、水果、谷物和坚果的饮食则会降低IBD的几率。另一项比较杂食动物、素食者和纯素食者饮食的观察性研究也表明地中海饮食与更健康的微生物相关。
然而,由于大多数研究中营养疗法起作用的机制尚不清楚,微生物组在IBD进展中的作用以及特定营养素是否有助于IBD患者肠道内恢复健康的微生物平衡,仍有争议。
因此,为了证明特定营养/饮食对健康结果的因果关系,有必要采用多学科和多系统的方法,在实施营养干预研究时同时考虑营养、遗传学、微生物组和环境。理想的做法是遵循临床和生物学参数(生物标记物),如宿主代谢、炎症和肠道微生物群组成,量化营养对疾病相关生物过程的影响,监测对不同剂量营养物质和不同给药时间的反应。例如,常用来降低血浆低密度脂蛋白脂蛋白(LDL)水平的他汀类药物,会导致受试者的显示出微生物源胆汁酸特异性继发性升高,因此,在治疗前应考虑个性化的微生物群特征及其对药物代谢、毒性和效应的影响。
由于现有研究大多是观察性的,针对微生物组的对照临床试验仍然太少,尚不能得出明确的结论,也不能提出一种可靠的方案,通过饮食调节肠道微生物组,以达到治疗目的。同时,健康和多样化的饮食习惯对微生物群的形成和维持其健康状态非常重要。不同的人对同一种食物可能有不同的代谢反应。未来可以通过代谢分型,即将具有相似代谢特征的个体分组,实现更有效的、个性化的营养治疗。机器学习(复杂的计算机算法)可以用来设计基于微生物组成、人类学特征、代谢物、饮食习惯、体育活动和生活方式等生物标志物的个性化健康营养方案,改善代谢健康。
FIGURE 2. Subject-specific gut microbiota features may affect the response to a dietary intervention. The metabolic response to a dietary interven- tion is person-specific, and the same type of food or dietary pattern may produce different effects. Dividing responders and nonresponders, recent studies showed differences in gut microbiota composition and that this may be the cause of the personalized response to a dietary intervention, thus highlighting the necessity of personally tailored nutrition based on gut microbiota composition for therapeutic and preventive purposes.
图2 特定受试者的肠道微生物群特征可能会影响饮食干预的反应。饮食干预的代谢反应因人而异,同一种食物或饮食模式可能产生不同的影响。最近的研究将有反应者和无反应者进行了区分,发现肠道微生物群组成存在差异,这可能是饮食干预产生个性化反应的原因,从而强调了基于肠道微生物群组成的个性化营养在治疗和预防方面的必要性。
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