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BOB体育中心CELL丨饮食对于人体肠道微生物和免疫的重要性

  与高纤维饮食组相比,食用高发酵食物的参与者的肠道微生物群落在干预期间显示出α多样性的总体增加(图5A、5B、5C)。具体来说,9个asv都在厚壁组织门增加,其中4个是毛螺菌科,2个是瘤胃球菌科,1个是链球菌科(图5D)。为了确定检测到的新类群是否来自发酵食品本身,研究人员检测了发酵食品中的微生物,并与饮食干预期间在参与者肠道中新观察到的微生物进行了比较。发现只有少部分菌群重叠,峰值出现在干预初期,但肠道微生物的多样性低于干预末期。此外在随后的时间里,发酵饮食组和发酵食品中的重叠微生物种类与纤维饮食组和发酵食品中的重叠微生物种类基本相同,这表明发酵饮食组中微生物多样性的增加并非来自发酵食品本身(图5E)。

  这篇文章发表在2021年的《Cell》杂志上。发表内容为高发酵或高纤维饮食会对人体肠道微生物和免疫系统产生什么样的影响。

  饮食干预会引起宿主免疫力和肠道微生物的变化,所以研究人员分析了微生物菌群变化与免疫系统的关系。图7A显示了微生物特性与宿主免疫特性之间的spearman相关性,其中SCFAs和CAZymes是与宿主免疫特性相关性最高的两种微生物特性,CAZymes与大多数宿主疾病相关蛋白呈负相关(图7B),这表明CAZyme丰度的增加与炎症相关蛋白的减少有关。进一步分析表明danceworks-oxon.com,随着粪丁酸盐的增加,B细胞出现的频率降低,两者呈负相关(图7c);免疫信号转导能力与微生物组编码的CAZymes的相关性研究表明,某些CAZymes的丰度在很大程度上与细胞信号转导能力呈负相关(图7D),即随着受试者微生物组CAZymes相对丰度的增加,宿主的炎症状态和细胞因子刺激后的反应性会降低。

  在高纤维饮食组中,低炎症组表现出更高的肠道微生物多样性,而上述分析也发现高发酵饮食可以增加宿主的肠道微生物多样性,那么摄入发酵食物是否会降低宿主的炎症。结果显示danceworks-oxon.com,在所选的93种细胞因子、趋化因子和其他炎症血清蛋白中,有19种随时间明显减少(图6A)。此外还测量了CD4+T细胞、CD8+T细胞、B细胞和经典单核细胞的15种蛋白激活水平,发现内源性信号整体下降(只有一种上升)(图6B)。在干预期间,CD4+T细胞增加,非经典单核细胞减少(图6C)。这些结果表明,摄入发酵食物将降低宿主体内炎症标记物的水平。

  虽然该模型可以根据相关数据预测不同饮食的群体,但不同饮食措施对宿主肠道微生物的具体影响仍然未知。在这一部分,研究人员分析了高纤维食物摄入对宿主的影响,发现肠道微生物菌群的多样性没有显著变化,但粪便中微生物蛋白的百分比呈上升趋势(图3A和3B)。碳水化合物活性酶(CAZymes)和短链脂肪酸(scfa)是评价纤维消化的两个重要指标,而作为纤维的代谢产物,对人体免疫具有重要意义。基因组测序的结果表明,11种不同的碳水化合物活性酶(CAZymes)的相对丰度增加,并且它们都与植物细胞壁的降解有关(图3C)。然后研究者进一步研究了肠道菌群短链脂肪酸的代谢输出,结果显示异丁酸、异戊酸和戊酸的含量显著降低(图3D)。参与者摄入高纤维饮食后,碳水化合物降解相关酶和SCFA发生了显著变化,但肠道微生物菌群的多样性没有显著差异。研究人员猜测可能是因为肠道菌群短时间内无法完全适应。所以进一步提取粪便中的碳水化合物进行水解,并与参与者的每日纤维摄入量进行相关性分析。结果表明,纤维摄入量与单糖之间存在显著的正相关关系,这表明参与者微生物菌群的碳水化合物降解能力不足以应对纤维摄入量的增加。

  饮食可以通过调节肠道菌群影响宿主免疫力。本次研究人员进行了为期17周的实验,探讨高纤维食品和发酵食品对健康人肠道微生物和免疫系统的影响。结果表明,高纤维饮食可以提高与聚糖降解相关的酶的活性,但没有显著改变肠道微生物的多样性。高发酵食物饮食稳步增加肠道微生物群落的多样性,并减少炎症标记物。研究结果可能有助于缓解工业化社会微生物多样性减少和炎症增加的问题。

  通过两种膳食干预结合组学分析了高纤维和高发酵食品对人体肠道微生物群和免疫系统的影响。发现不同的食物条件对人体有不同的影响。最后,通过分析微生物相关参数与免疫相关参数之间的相关性,进一步指出了微生物在宿主免疫中的重要性。虽然研究的重点是人的肠道和免疫,但作为一种与人的肠道相似的植物根际,本文中的很多内容都值得借鉴和深入思考。

  最后四周是选择阶段,接下来是六周的维持摄入量水平(维持阶段),结果表明,接下来是四周的斜坡阶段(逐渐增加饮食干预),因此,此外在宿主蛋白质组中,前三周是基线阶段,建立随机森林模型。准确率分别为89%和80%danceworks-oxon.com

  研究人员进一步分析了高纤维摄入对宿主免疫系统的影响,主要包括血清细胞因子、细胞频率、内源性信号和免疫信号能力(图4A)。在高纤维饮食组,分为一组高炎症参与者和两组低炎症参与者。通过对他们免疫特征的分析,发现高炎症和低炎症主要是内源性信号的变化引起的,低炎症的参与者内源性信号降低(图4B和4C)。为了确定这些不同的免疫系统表型是否反映在参与者的微生物组中,研究人员进一步分析了三组不同炎症程度的肠道微生物区系的α多样性和微生物组组成,发现炎症程度低的第二组的微生物组多样性更高(图4D)。最后,研究人员分析了高炎症和低炎症参与者中一些重要群体的时变比率,具体结果见4E。

  此次研究选取了36名参与者进行为期17周的不同饮食干预(图1A,收集参与者不同时期的粪便样本和血液样本进行相关性分析。选取基线期与基线期末有差异的变量作为特征,而Lachnospira被选为16S。肌球蛋白-1被选为随机森林模型中的重要特征,宿主蛋白组和肠道微生物组能够很好地区分两组参与者,首先,研究人员观察了每一次饮食干预是否会在参与者的微生物菌群或其生物学方面产生特征性的变化danceworks-oxon.com。图1C和图1D显示了实验期间高纤维食物组和高发酵食物组的每日摄入量。高纤维饮食:高发酵饮食=1:1),参与者可以单独决定摄入量的程度(图1B)。

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