本文由何琴編譯，董小橙、江舜堯編輯。
原創(chuàng)微文，歡迎轉(zhuǎn)發(fā)轉(zhuǎn)載。
導(dǎo)讀
在部分普通人群中，堅(jiān)持低谷蛋白飲食已經(jīng)變得越來(lái)越普遍。然而，健康人減少富含谷蛋白的食物（包括小麥、黑麥和大麥等谷物）的影響尚不清楚。目前關(guān)于富含谷蛋白的飲食對(duì)健康成人的客觀證據(jù)和影響機(jī)制的缺乏，使得低谷蛋白飲食在公眾具有高度爭(zhēng)議性。有研究表明，無(wú)谷蛋白飲食（GFD）改變了健康成人的腸道微生物組和免疫功能，但結(jié)果不一致。因此，低谷蛋白飲食是否會(huì)影響健康人群的分類和功能菌群及宿主生理學(xué)，仍有待解決。
論文ID
原名：A low-gluten diet induces changes in the intestinal microbiome of healthy Danish adults
譯名：低谷蛋白飲食誘導(dǎo)健康丹麥成年人腸道內(nèi)微生物組的改變
期刊：Nature Communications
IF：12.353
發(fā)表時(shí)間：2018年11月
通信作者：Lea B. S. Hansen等人
通信作者單位：Departmentof Bioand Health Informatics, Technical University of Denmark
實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
作者進(jìn)行了一項(xiàng)隨機(jī)對(duì)照（1:1）交叉試驗(yàn)，兩次為期8周的干預(yù)措施，一次為低谷蛋白飲食（2g谷蛋白/天），一次為高谷蛋白飲食（18g谷蛋白/天），其間至少6周（范圍6-23周，中位數(shù)8周）的習(xí)慣飲食（12g谷蛋白/天）作為清洗期將其分開(kāi)。試驗(yàn)于2012年7月至2013年11月進(jìn)行。選取60名沒(méi)有乳糜瀉、糖尿病或其它自身疾病的白種丹麥中年人，年齡在22至65歲之間，身體和生化檢查健康，體重穩(wěn)定，體重指數(shù)（BMI）為25-35kg m-2和/或腰圍（男性≥94cm，女性≥80cm）。研究參與者被隨機(jī)分為兩組：（1）進(jìn)行低谷蛋白飲食，然后進(jìn)行高谷蛋白飲食，或（2）進(jìn)行高谷蛋白飲食，然后進(jìn)行低谷蛋白飲食（圖1a）?？偣灿?1名參與者完成了研究，54名參與者進(jìn)行了兩次以上的訪問(wèn)并被納入分析。在兩次飲食干預(yù)期間，研究參與者被要求用自由提供的低谷蛋白或類似的富含谷蛋白膳食纖維的高營(yíng)養(yǎng)產(chǎn)品替代所有谷物產(chǎn)品，要求他們隨意飲用。于不同時(shí)間點(diǎn)收集各數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)收集的時(shí)間點(diǎn)由圖1下部面板中的圓圈表示。
圖1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)圖
實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
1 交叉干預(yù)
作者將不同時(shí)間點(diǎn)所測(cè)得的每個(gè)變量進(jìn)行分析，比較了飲食對(duì)腸道微生物組的組成和功能、尿液代謝物、血清和糞便代謝物以及宿主生理指標(biāo)的影響。其變量的變化見(jiàn)圖2，紅色箭頭代表減少，綠色箭頭代表增加，黑色水平箭頭代表沒(méi)有變化的。
圖2 低谷蛋白和高谷蛋白飲食對(duì)健康成年人的腸道微生物組、尿液/糞便代謝物和宿主生理指標(biāo)的影響
2 低谷蛋白飲食改變腸道微生物組
作者研究了208個(gè)糞便樣品中微生物DNA的全基因組鳥(niǎo)槍序列。將微生物序列映射到人腸道微生物組參考基因的綜合目錄中，并根據(jù)樣品間的豐度變化將基因分類到宏基因組物種。至少10個(gè)樣品中被鑒定出有575個(gè)物種，在這些物種中，與高谷蛋白飲食干預(yù)相比，低谷蛋白飲食干預(yù)者有14種細(xì)菌的相對(duì)豐度有所改變。
圖3 低谷蛋白飲食會(huì)改變腸道微生物的組成
為了探索飲食干預(yù)對(duì)腸道微生物組的功能變化的影響，作者將所有微生物基因與KEGG中原核生物進(jìn)行了比對(duì)，分組成KEGG模塊和定制模塊。在飲食干預(yù)后，細(xì)菌碳水化合物降解發(fā)生改變，如與高谷蛋白飲食相比，低谷蛋白飲食使得糖代謝途徑、碳水化合物攝取系統(tǒng)和其它糖運(yùn)輸系統(tǒng)降低。細(xì)菌轉(zhuǎn)運(yùn)谷氨酸、鋅/錳和硫酸鹽減低，而轉(zhuǎn)運(yùn)半胱氨酸和鐵增強(qiáng)。
3 低谷蛋白飲食改變了腸道發(fā)酵
同高谷蛋白飲食相比，低谷蛋白飲食后空腹和餐后的氫氣呼出減少，且腹脹減少。腸道發(fā)酵與細(xì)菌碳水化合物的變化相關(guān)。兩個(gè)飲食干預(yù)之間的碳水化合物成分有幾個(gè)不同，低谷蛋白飲食有較高水平的半乳糖、鼠李糖、甘露糖和半乳糖醛酸，而阿拉伯糖和木糖的水平較低，這些營(yíng)養(yǎng)變化同低谷蛋白飲食后細(xì)菌轉(zhuǎn)運(yùn)阿拉伯糖/乳糖的功能降低是一致的。在兩種飲食之間，膳食可發(fā)酵的總量，益生元，二糖、單糖和醇類（FODMAP）或抗解淀粉的攝入沒(méi)有差異。然而，觀察到質(zhì)量差異，例如低谷蛋白飲食中較低水平的低聚果糖和甘露醇/山梨糖醇以及較高水平的乳糖。腸道發(fā)酵改變后呼吸氫濃度與與產(chǎn)甲烷相關(guān)的腸代謝呈負(fù)相關(guān)。后者包括利用H2或甲酸鹽作為電子供體將CO2還原為CH4，同時(shí)通過(guò)延長(zhǎng)腸道轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)間使蛋白質(zhì)發(fā)生水解。
作者通過(guò)氣相色譜質(zhì)譜（GC-MS）以及超高效液相色譜質(zhì)譜（UPLC-MS）對(duì)尿液樣本進(jìn)行了無(wú)目標(biāo)的代謝分析。與高谷蛋白干預(yù)相比，在低谷蛋白干預(yù)期間發(fā)現(xiàn)更低濃度的小麥衍生化合物（3,5-二羥基氫化肉桂酸- 葡糖苷酸和半乳糖基甘油）。相反，木酚素降解（腸內(nèi)酯- 葡糖苷酸）后的產(chǎn)物——宿主-微生物共代謝物的濃度增加，表明在低谷蛋白飲食期間減少富含麩質(zhì)的食物和腸道微生物組的相關(guān)變化導(dǎo)致膳食纖維降解發(fā)生改變。
為了確定呼吸氫水平與腸道微生物組和尿液代謝組變化之間的相關(guān)性，作者開(kāi)發(fā)了呼吸氫和細(xì)菌種類和尿液代謝物的共生網(wǎng)絡(luò)。呼吸氫與小麥相關(guān)的尿代謝物和B.longum呈正相關(guān)，與尿腸內(nèi)酯- 葡糖苷酸負(fù)相關(guān)，證實(shí)兩種飲食方案之間膳食纖維組成的差異導(dǎo)致結(jié)腸發(fā)酵改變。
總的來(lái)說(shuō)，這些結(jié)果表明，低谷蛋白飲食后的呼吸氫減少和腹脹減少是由腸道微生物組的變化和由膳食纖維組成的質(zhì)量差異引起的。
圖4 低谷蛋白飲食對(duì)腸道發(fā)酵的影響。a 在相同的標(biāo)準(zhǔn)餐后的呼吸氫水平。b 用視覺(jué)模擬量表（VAS）評(píng)估腸脹氣變化的圖。c 呼吸氫水平和細(xì)菌種類和尿液代謝物的線性回歸網(wǎng)絡(luò)。
4 低谷蛋白飲食導(dǎo)致體重減輕
兩次干預(yù)期間，葡萄糖、脂質(zhì)代謝測(cè)量值和總能量攝入沒(méi)有任何差異，近端腸降血糖素激素胃抑制肽（GIP）的水平和遠(yuǎn)端腸激素胰高血糖素樣肽2（GLP-2）沒(méi)有變化。然而經(jīng)過(guò)8周的飲食干預(yù)后，與高谷蛋白飲食相比，低谷蛋白飲食的體重平均下降了0.8±0.3 kg（圖5a）。同時(shí)，多肽YY（PYY）的餐后血漿濃度增加（圖5b和補(bǔ)充表7; PAUC = 0.012，線性混合模型）。由此推出不同的機(jī)制是體重減輕的原因。但空腹或餐后血漿PYY濃度的變化與結(jié)腸短鏈脂肪酸（SCFA）合成相關(guān)的細(xì)菌的變化或SCFA的糞便和血清濃度之間沒(méi)有任何關(guān)聯(lián)。
在不同的尿液代謝物中，與高谷蛋白飲食期相比，低谷蛋白飲食后β-氨基異丁酸（BAIBA）增加（圖5c）。然而，尿液BAIBA濃度的變化與細(xì)菌嘧啶降解無(wú)關(guān)，表明尿液BAIBA的變化與腸道微生物組的變化無(wú)關(guān)，它們可能與低谷蛋白飲食對(duì)宿主代謝的其他影響直接相關(guān)。同時(shí)，BAIBA的尿液濃度增加和PYY的餐后血漿水平升高表明低谷蛋白飲食的攝入通過(guò)改變產(chǎn)熱或脂肪氧化來(lái)調(diào)節(jié)能量穩(wěn)態(tài)。
作者通過(guò)靶向代謝組學(xué)定量分析了脂肪酸，?；鈮A（將脂肪酸轉(zhuǎn)運(yùn)到線粒體中以便分解）和血清中的BAIBA。與高谷蛋白飲食相比，低谷蛋白飲食后除了血清中亞麻-肉堿顯著增加，其它代謝物沒(méi)有發(fā)生改變，表明脂肪氧化未發(fā)生改變。
作者針對(duì)與微生物群-腸-腦軸相關(guān)的代謝物進(jìn)行了分析，包括糞便和血清中的5-羥色胺，犬尿氨酸，谷氨酸，γ-氨基丁酸。與高谷蛋白飲食干預(yù)相比，低谷蛋白飲食干預(yù)后糞便犬尿氨酸濃度顯著增加（圖5d），但犬尿氨酸的底物-芳香族氨基酸及其衍生物的血清和糞便濃度未改變，表明微生物群的色氨酸降解途徑改變了。糞便犬尿氨酸濃度與尿液BAIBA水平呈正相關(guān)，表明結(jié)腸微生物在脂肪褐變具有一定作用。
圖5 低谷蛋白飲食對(duì)宿主代謝標(biāo)志物的影響 a 低谷蛋白和高谷蛋白飲食期后參與者的體重變化圖。b 參與者血漿中的多肽YY濃度圖。c 參與者尿液中BAIBA濃度圖。d 參與者糞便中犬尿氨酸濃度圖。
5 低谷蛋白飲食對(duì)免疫系統(tǒng)有微妙的影響
作者評(píng)估了全身炎癥標(biāo)志物以及全血中由體外脂多糖（LPS）誘導(dǎo)的細(xì)胞因子的反應(yīng)。結(jié)果血清中全身炎癥標(biāo)志物濃度（即C-反應(yīng)蛋白（CRP），白細(xì)胞介素（IL）-6，腫瘤壞死因子α（TNF-α）或血液免疫細(xì)胞群計(jì)數(shù)（即白細(xì)胞，淋巴細(xì)胞，中性粒細(xì)胞，單核細(xì)胞）沒(méi)有任何變化。腸炎標(biāo)志物（即空腹血漿瓜氨酸和糞便鈣衛(wèi)蛋白）沒(méi)有任何變化，通過(guò)測(cè)量空腹血清連蛋白和尿中乳果糖和甘露醇，也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)腸道通透性的變化。但與高谷蛋白飲食期相比，低谷蛋白飲食干預(yù)后炎性小體相關(guān)的細(xì)胞因子IL-1β的釋放減少。且細(xì)菌脂質(zhì)A合成（存在于所有革蘭氏陰性細(xì)菌中）的豐度與LPS誘導(dǎo)的全血中IL-1β的釋放呈正相關(guān)。這些發(fā)現(xiàn)表明，與高谷蛋白飲食期相比，低谷蛋白飲食干預(yù)后選擇性降低炎性體反應(yīng)的激活。
結(jié) 論
總之，對(duì)健康的中年成年人進(jìn)行為期8周的低谷蛋白飲食干預(yù)會(huì)引起腸道微生物組的變化和復(fù)雜碳水化合物的發(fā)酵（如尿液代謝組的變化和呼吸氫的減少）。結(jié)腸微生物組成和發(fā)酵的變化表明，低筋性飲食對(duì)健康中年人的影響可能在一定程度上得到推動(dòng)，比如通過(guò)減少富含谷蛋白的食物而不是減少麩質(zhì)攝入本身來(lái)改變膳食纖維的量。
聯(lián)系客服
