引言
人类胃肠道微生物组由数以万亿计的微生物组成（数量级约为 1013 个），包括细菌、古菌、真菌和原生动物。微生物的丰度沿消化系统向下逐渐增加，在大肠中尤为丰富。大量文献表明，肠道细菌中占主导地位的是两个门：厚壁菌门（Firmicutes）和拟杆菌门（Bacteroidetes）。厚壁菌门为革兰氏阳性菌，包括厌氧的梭菌纲（Clostridia）以及严格需氧或兼性需氧的细菌。而拟杆菌门为革兰氏阴性菌，包括普雷沃菌属（Prevotella）等菌属。微生物群落中存在的其他微生物门还包括放线菌门（Actinobacteria）、变形菌门（Proteobacteria）和梭杆菌门（Fusobacteria）。
肠道微生物群利用宿主所摄入食物的残余部分，并反过来产生维生素和氨基酸等必需营养素。但健康微生物群落的益处远不止于此。不可消化的膳食纤维可被结肠中的微生物发酵，产生短链脂肪酸（SCFA），为结肠内壁细胞提供能量来源，从而增强黏膜屏障。
微生物群落失衡与多种健康问题有关，包括炎症性肠病（IBD）、肠易激综合征（IBS）、特应性皮炎和银屑病等皮肤病，甚至帕金森病和精神分裂症等神经系统疾病。肠道细菌及其代谢活动有可能调节炎症和肠道通透性，从而影响整体健康。
宏量营养素：肠道微生物组的营养来源
宏量营养素是人体为维持正常功能而需要大量摄入的食物成分，包括碳水化合物、脂肪和蛋白质。宏量营养素会以不同方式影响微生物的丰度和多样性。
碳水化合物是由碳、氢、氧组成的分子，其中氢与氧的比例为 2:1。碳水化合物分为可消化和不可消化两类。可消化碳水化合物能够被分解为更小的分子，包括糖类和某些类型的淀粉。相反，不可消化碳水化合物无法被人体代谢，包括膳食纤维和抗性淀粉。它们会进入结肠，在那里被结肠中的微生物发酵，或者若难以发酵，则随粪便排出体外。水果和蔬菜富含碳水化合物，植物性饮食中碳水化合物占比很高。在这类饮食中，被称为健康生物标志物的普雷沃菌属是非常丰富的菌属。抗性淀粉在某些蔬菜中含量丰富，无法在小肠中消化，而是被肠道微生物群利用。这类碳水化合物似乎能促进放线菌门和拟杆菌门的生长，并降低厚壁菌门的丰度。
与碳水化合物类似，脂肪也由碳、氢、氧组成，但比例不同。根据其结构中是否存在某些化学结构，脂肪可分为不同类别。例如，饱和脂肪不含任何双键，而不饱和脂肪则含有双键。高饱和脂肪和高反式脂肪饮食通常与心血管疾病风险相关，而单不饱和脂肪和多不饱和脂肪则对降低慢性病发生几率至关重要。此外，富含单不饱和及不饱和脂肪的饮食与低密度脂蛋白（LDL）胆固醇降低有关。由于脂肪不溶于水，人体发展出了消化脂肪的策略，例如分泌胆汁。在不摄入碳水化合物的情况下增加脂肪摄入，会导致耐胆汁肠道细菌大量增殖。高脂喂养会提高厚壁菌门与拟杆菌门的比值。
蛋白质是由一条或多条氨基酸链构成的聚合物分子。肉类和植物都可能含有高浓度的蛋白质，但两者存在显著差异。研究表明，高蛋白饮食通常会提高肠道微生物组的多样性。然而，群落组成因蛋白质来源不同而有所差异。植物蛋白会增加能够产生短链脂肪酸的微生物，而肉类蛋白则会增加耐胆汁厌氧菌的数量。
饮食不同，肠道微生物组也不同
人类需要摄入宏量营养素来维持活动。但这些营养素可以来自不同的来源，其来源和比例决定了饮食结构。我们已经了解了不同宏量营养素如何影响肠道微生物组的多样性，下面再来看看不同的饮食模式如何影响微生物的分布及其对健康的影响。
西方饮食的特点是大量摄入红肉、饱和脂肪、精加工谷物和添加糖，而膳食纤维摄入较少。这种饮食富含饱和脂肪和反式脂肪，会增加厌氧微生物的数量。研究结果显示，与碳水化合物利用相关的普雷沃菌属成员在西方人群中所占比例偏低。西方饮食中膳食纤维摄入不足，已被证实与心血管疾病、结直肠癌和乳腺癌、冠心病、卒中以及 2 型糖尿病等疾病直接相关。
另一方面，素食和纯素饮食不摄入任何肉类，富含新鲜水果和蔬菜，其微生物组成也反映了这一点。肠道细菌以能够降解膳食纤维的微生物和普雷沃菌属为主。能够利用不可消化碳水化合物的发酵型微生物会利用糖类，产生短链脂肪酸。
地中海饮食介于西方饮食和植物性饮食之间。它富含水果、蔬菜、豆类和全谷物等植物性食物。这种饮食的关键之一是使用橄榄油，橄榄油成为脂肪的主要来源。同时适量摄入鱼类、禽肉和葡萄酒。关于地中海饮食对肠道微生物组影响的研究显示，普雷沃菌属和其他已知能够降解膳食纤维的微生物丰度更高。尿液分析表明，采用这种饮食的人体内氧化三甲胺（TMAO）浓度较低，而该化合物与动脉粥样硬化和心血管疾病风险升高相关。该化合物来源于三甲胺，后者是红肉中某些氨基酸的代谢产物，在西方饮食中尤为丰富。此外，TMAO 还常被认为与痴呆和高血压等其他疾病有关。地中海饮食和植物性饮食通常被视为最健康的饮食，可降低慢性病风险。
生酮饮食在减重人群中颇受欢迎，其特点是高脂肪摄入、适量蛋白质摄入和极低碳水化合物摄入，从而使身体进入酮症状态。人体通常首选代谢碳水化合物来获取能量，而在酮症状态下，脂肪酸在线粒体中燃烧，被分解为一种名为乙酰辅酶 A 的分子。这种饮食富含肉类、禽肉、鱼类、贝类、蛋类、奶酪、绿叶蔬菜、油类和脂肪。研究显示，厚壁菌门的丰度降低，而拟杆菌门的丰度升高。
改造肠道，共创更美好的未来
饮食与肠道微生物组之间的微妙平衡，反映出我们的食物选择对整体健康的深远影响。厚壁菌门、拟杆菌门等关键类群与其他微生物门一起，塑造了伴随我们一生的微生物群落。不同的宏量营养素和饮食模式会影响肠道微生物群的组成，进而可能缓解或加重健康问题。
随着研究不断揭示人类与微生物组之间的复杂关系，令人振奋的未来前景也逐渐显现。肠道微生物组工程利用益生元、益生菌和饮食干预来塑造群落组成，进而影响人体健康。粪便移植（将健康供体的粪便移植给患者）在治疗艰难梭菌感染等疾病方面也显示出良好效果。由此可见，掌握塑造与我们共生的微生物群落的知识和能力，有助于我们制定应对健康与疾病的新策略，为更健康的未来铺平道路。