科学网—[转载]谷物调节肠道菌群，促进代谢健康

饮食可以调节人体肠道微生物群的组成和功能，以维持宿主微生物群的互惠共生。

谷物富含特定的功能元素，是维持人类健康的重要膳食成分。谷物可以改变肠道微生物群，并可能改善能量和葡萄糖稳态，干扰宿主能量稳态、食欲、血糖调节、胰岛素敏感性和宿主代谢的调节。

什么是全谷物

全谷物是禾本科植物的可食用种子，由胚（或胚芽）、胚乳和外部麸皮组成。

全谷物是一种富含膳食纤维的食物，而膳食纤维可以调节肠道微生物群，从而调节人体的特定生物过程，例如调节免疫、炎症、碳水化合物和脂肪代谢以及肠-脑神经回路。

全谷物是营养和植物化学物质的极好来源，可能对心血管疾病、高血压、糖尿病、不同类型癌症和肥胖症等多种慢性疾病具有保护作用。

全谷物的摄入还与健康肠道微生物群的增加有关，这一点可以从它们的丰富度和多样性以及短链脂肪酸的产生中看出。

短链脂肪酸，作为发酵终产物并促进有益细菌的生长。短链脂肪酸还可以降低结肠 pH 值，防止病原菌生长，并改善结肠上皮细胞的完整性。

本文讨论了不同谷物如何通过调节肠道微生物群对宿主产生有益的健康影响。主要从以下几个方面讲述：

• 谷物通过调节肠道菌群在动脉粥样硬化中的作用

• 谷物通过调节肠道菌群在高血压中的作用

• 谷物通过调节肠道菌群在肥胖中的作用

• 谷物通过调节肠道菌群在II型糖尿病中的作用

• 谷物通过调节肠道菌群在结肠健康中的作用

01
谷物通过调节肠道菌群在动脉粥样硬化中的作用

动脉粥样硬化是一种以胆固醇积聚和巨噬细胞聚集到动脉壁为特征的状态，它是心血管疾病的主要危险因素。

肠道微生物群组成的平衡很重要，平衡一旦破坏可能会导致毁灭性的病理生理后果。

在高脂饮食的Apo E−/−小鼠中，某些菌群的丰度，如Bilophila和Mucispirillum，与动脉粥样硬化斑块大小呈正相关。

物种丰富度也是肠道健康的一个主要标志，因为高细菌丰富度和多样性往往反映了生态系统的稳定性和复原力，以及疾病与粪便样本中物种数量减少之间的一致联系。

相关阅读：肠道菌群的恢复力：定义，与健康的关系以及干预策略

▸野生稻：具有抗脉粥样硬化作用

野生稻主要作为全谷物食用，食用后对健康有很多好处。野生稻含有抗性淀粉，可以作为益生元。

野生稻具有显著的抗动脉粥样硬化作用，但其作用机制尚不清楚。这些影响可能是由于血浆胆固醇水平的降低。

细菌代谢产物如短链脂肪酸和三甲胺-N-氧化物(TMAO)是动脉粥样硬化中的重要化合物。

▸抗动脉粥样硬化作用可能与肠道菌群改变有关

最近的研究还发现，肠道微生物群与动脉粥样硬化的形成之间存在关联。短链脂肪酸主要参与碳水化合物、脂肪和胆固醇代谢，其免疫调节功能可能有助于心血管疾病的治疗。动脉粥样硬化斑块中细菌DNA的存在为肠道微生物群与动脉粥样硬化的相关性提供了证据。

▸野生稻：影响菌群丰度和多样性，预防动脉粥样硬化

另一项研究调查了野生稻对小鼠粪便细菌物种丰度和多样性的影响。结果表明，在低密度脂蛋白受体基因敲除(LDL-r-KO)的小鼠中，长期食用60%的野生稻与预防动脉粥样硬化有关。

参与预防的机制可能是粪便细菌数量和多样性的显著改变，以及几种炎症和代谢生物标志物的显著变化。

与对照组相比，在野生稻喂养的小鼠粪便中发现了下列菌群丰度更高：

Anaeroplasma sp.

Acetatifactor sp.

Prophyromonadaceae sp.

治疗组和对照组小鼠血浆中的细胞因子谱存在显著差异。白细胞介素-10（IL-10）和促红细胞生成素（EPO）水平的升高可以解释野生稻的抗动脉粥样硬化特性。然而，需要使用动物模型进行额外的研究支持该结果。

许多研究表明，维持健康的心血管系统可能有助于维持认知功能，因为一些心血管疾病与认知障碍和阿尔茨海默病的风险增加有关。

▸ 燕麦和燕麦制品：降胆固醇，产生短链脂肪酸，调节菌群，降低肠道通透性，抑制炎症

燕麦和燕麦制品是谷物纤维的其他重要来源，它们富含β-葡聚糖。β-葡聚糖是一种粘性和可溶性纤维，具有有益的降胆固醇潜力。

动物研究表明，燕麦纤维可以上调肝组织中低密度脂蛋白（LDL）受体的表达。

研究表明，膳食燕麦纤维可延缓动脉粥样硬化所致小鼠认知功能障碍的进展。燕麦纤维通过为人体产生短链脂肪酸，很好地恢复了微生物群的丰度和多样性。这些短链脂肪酸可降低肠道通透性，抑制神经系统的神经炎症。

▸ 小米：保护肠道屏障，重塑肠道菌群，防止动脉粥样硬化

另一种越来越受消费者欢迎的谷物是小米。使用喂食高脂肪饮食的Apo E−/−小鼠研究小米壳多酚的抗动脉粥样硬化潜力。

结果表明，小米壳多酚通过保护肠道屏障和重塑肠道菌群，防止主动脉粥样硬化斑块的形成。

微生物群组成的特征是颤螺菌属（Oscillospira）和瘤胃球菌（Ruminococcus）丰度较高，以及Allobaculum丰度降低，抑制动脉粥样硬化斑块的形成。

相关阅读：肠道重要菌属——颤螺菌属 （Oscillospira），它为什么如此神秘？

大多数以动脉粥样硬化为研究重点的体外、动物和人体研究报告的结果不一致，这可能是由于实验对象的数量有限(包括研究中人体受试者的数量较少)，以及实验对象的性质(实验对象之间存在的可变性会影响结果)，如采样技术，也可能是由于饮食成分的相互作用的影响。

相关阅读：肠道微生物群与心血管疾病：机遇与挑战

02
谷物通过调节肠道菌群在高血压中的作用

高血压是心血管疾病的重要危险因素，受遗传易感性和环境因素的影响。

近年来，对肠道菌群与高血压的关系进行了研究。研究对象是老鼠和人类。在两个实验对象中都观察到了肠道菌群的改变。

▸ 高血压患者：梭状芽胞杆菌大量存在

梭状芽孢杆菌在小鼠和人类高血压患者体内都发现大量存在。此外，高血压人群中Bacterodiales增加，但在小鼠中与血压呈负相关。

在饮食中加入富含纤维的食物，如谷物，可以改变肠道菌群的组成。膳食纤维的降血压机制尚不完全清楚。

▸ 短链脂肪酸降压：通过激活受体

有研究发现，发酵产生的短链脂肪酸可以激活在肾脏和血管中的G蛋白偶联受体和嗅觉受体，这些受体抑制肾素的释放，从而降低血压。

▸ 纤维：通过短链脂肪酸，促进有益菌生长，加强肠道屏障完整性

一项研究表明，健康女性在怀孕过程中，纤维摄入量越高，可以缓解肠道通透性增加的程度。

可发酵纤维促进有益菌的生长，并产生短链脂肪酸作为发酵最终产物。短链脂肪酸可以通过降低结肠pH值来阻止致病菌的生长。

此外，短链脂肪酸还可以提高结肠上皮细胞紧密连接的完整性。这加强了肠道壁屏障的完整性，降低了肠道通透性。

然而，纤维摄入并不影响未来妊娠高血压疾病女性的肠道渗透性。这项研究表明，纤维干预可能不会通过改善肠道屏障功能来阻止高血压疾病的发展。

大部分的研究都是研究分离纤维对高血压的影响；需要更多的研究来了解习惯性纤维摄入通过调节肠道菌群对高血压的影响。

短链脂肪酸对宿主代谢的有益作用

Kulathunga J,et al.Curr Nutr Rep.2022

▸ 燕麦麸（谷物分离物）：降血压，菌群改变

对谷物分离物的研究也将为营养保健品和功能性食品开辟新的途径和机会。研究对象为食用燕麦麸12周的参与者（30 g / 天）。结果显示，摄入膳食纤维的参与者的收缩压和舒张压低于对照组。与对照组相比，双歧杆菌(Bifidobacterium)和螺旋菌(Spirillum)等细菌物种的丰度显著升高。

需要进一步的研究来阐明本研究的现有发现。例如，研究人员没有量化短链脂肪酸水平，对于双歧杆菌和螺旋菌的变化是否与短链脂肪酸的变化有关不清楚。

▸ 藜麦蛋白降压（动物研究）

在动物模型研究中，研究了藜麦蛋白摄入对自发性高血压大鼠的降压作用。结果显示血压显著降低，肠道中Turicibacter和Allobaculum属的丰度与血压呈负相关。

血压与肠道菌群之间存在双向关系。血压水平及相关病理状态导致微生物群变化，微生物来源的代谢物有助于调节血压。然而，大多数谷物蛋白的体内降压作用尚不清楚，需要更广泛的研究。

相关阅读：认识肠道微生物及其与高血压的关系

03
谷物通过调节肠道菌群在肥胖中的作用

已知肠道微生物群参与控制体重、代谢改变和与肥胖相关的炎症性疾病。

文献表明，肥胖的发病机制与下列菌群正相关：

拟杆菌

革兰氏阴性菌

乳酸杆菌

厚壁菌与拟杆菌的比率

肥胖的发病机制与下列菌群负相关：

梭菌

乳酸杆菌

产丁酸菌

Akkermansia muciniphila

相关阅读：AKK菌——下一代有益菌

肥胖症与肠道菌群代谢产物之间的关系尚不完全清楚。然而，提出了以下假设。据估计，短链脂肪酸等微生物的代谢物对人体能量平衡的贡献高达约200千卡/天，并有助于脂肪细胞中的脂肪生成和积累，从而获得能量。

▸ 高粱多酚：可能增加有益菌丰度

使用不同体重等级（正常和超重）的人类受试者评估高粱多酚对肠道微生物群的影响。结果表明，正常体重和超重/肥胖组之间的短链脂肪酸总产量没有显着变化。

一项最新营养学报告研究发现，高粱多酚和低聚果糖的组合可增加双歧杆菌和乳酸杆菌的数量，高粱多酚可独立增加罗氏菌属（Roseburia）和普雷沃氏菌属（Prevotella）的丰度。

关于罗氏菌属详见： 肠道重要基石菌属——罗氏菌属(Roseburia)

普雷沃氏菌属详见：肠道重要基石菌属——普雷沃氏菌属 prevotella

▸可溶性玉米纤维：使变形菌减少，厚壁菌增加

在小鼠中添加可溶性玉米纤维长达8周的高纤维饮食表明，变形菌（Proteobacteria）数量减少，这种细菌门通常与肥胖呈负相关。

厚壁菌的增加抵消了高纤维饮食，并诱导了与肥胖相关的菌的增加，如瘤胃球菌、嗜胆汁菌Bilophila、脱硫弧菌Desulfovibrio、颤螺菌属Oscillospira和Paenibacillus.

关于瘤胃球菌属详见：瘤胃球菌属——消化降解关键菌？炎症标志菌？

脱硫弧菌详见： 肠道有害菌——脱硫弧菌属(Desulfovibrio)

▸麦麸：补充影响菌群变化，或与减肥相关（多项研究结果不一）

在一项动物研究中，添加5%麦麸的高纤维饮食增加了微生物群的多样性和某些细菌物种的丰度。Akkermansia muciniphilia的数量增加，这与体重增加有关。此外，双歧杆菌物种的丰度增加。已知包括短双歧杆菌在内的双歧杆菌可防止脂肪积聚。

在另一项研究中，连续8周麦麸补充剂（7.5%）可以减轻体重和肥胖，这与乳酸菌丰度降低有关。

然而，在另一项研究中，麦麸补充量的增加表明盲肠乳酸菌的增加，尽管体重或肥胖没有变化。

▸含有抗性淀粉的全麦面粉：减少腹部脂肪

最近的研究发现，在肥胖的糖尿病脂肪大鼠中，含有抗性淀粉的全麦面粉，比分离的抗性淀粉产生更大的发酵，更大的发酵会产生不同的微生物群，减少腹部脂肪，提高胰岛素敏感性。

肥胖大鼠服用抗性淀粉可增加拟杆菌门与厚壁菌门的比率，并可能导致胰岛素敏感性的改善。

▸玉米抗性淀粉：调节菌群，影响体脂等指标

在临床研究中，向人类志愿者提供玉米抗性淀粉饮食可显著增加链球菌和Ruminococcaceae_UCG-005的丰度，并降低厌氧菌、拟杆菌、Blautia的丰度，它们可有效调节体脂、短链脂肪酸、早期胰岛素和胰高血糖素样肽-1（GLP-1）的分泌。

由于人与人之间肠道微生物群的差异，补充抗性淀粉的饮食对人的影响不同。补充抗性淀粉会增加粪便丁酸盐浓度。然而，对抗性淀粉补充剂的反应因个人而异。

因此，为了有效地设计人体试验，应该考虑几个限制因素。根据性别、饮食习惯、健康和生活方式的不同，不同个体的微生物群组成有显著差异。

▸ 小米：增加有益菌，改善葡萄糖耐量，但不影响体重增加

小米补充剂的摄入增加了有益菌丰度，包括乳酸杆菌、双歧杆菌、阿克曼菌和罗氏菌属（Roseburia），小米改善了葡萄糖耐量，抑制了血清胆固醇和血脂参数的增加，但不影响体重增加。

这类研究的结果取决于谷物品种的性质及其生物活性成分的组成。此外，谷物成分在很大程度上取决于生长位置、农艺措施和其他生长因素，如温度和施肥。

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04
谷物通过调节肠道菌群在 II 型糖尿病中的作用

关于谷物通过调节肠道微生物群的降血糖作用的研究较少。

肠道微生物群在宿主的大多数代谢功能中起着至关重要的作用，如氨基酸合成、膳食脂肪和脂溶性维生素的吸收、短链脂肪酸的产生、葡萄糖稳态的激活、脂质能量代谢、热量去除和调节胆汁酸转化等。

▸ 糖尿病患者的菌群特征

与瘦人相比，II型糖尿病患者的微生物群多样性和普拉梭菌（Faecalibacterium prausnitzii）丰度显著降低。II型糖尿病与厚壁菌门丰度较低有关，而拟杆菌门和变形菌门丰度较高。

相关阅读：肠道核心菌属——普拉梭菌（Faecalibacterium Prausnitzii），预防炎症的下一代益生菌

▸ 高直链玉米淀粉：降低II型糖尿病风险

最近利用动物模型进行的研究发现，食用高直链淀粉玉米会增加拟杆菌和某些厚壁菌分类群（乳酸杆菌和Erysipelotrichaceae）。此外，这种饮食可以增强肠道免疫和内分泌反应，从而降低II型糖尿病的风险。

▸谷子：降血糖作用

最近的一项研究，评估谷子在高脂饮食和糖尿病大鼠中的降血糖作用。根据结果，乳酸杆菌和瘤胃球菌的相对丰度增加，与空腹血糖和2小时血糖呈负相关。

▸可溶性玉米纤维：改变菌群，产生短链脂肪酸

另一项研究侧重于在人类饮食中添加10克或20克纤维，其中含有85%的可溶性玉米纤维，持续4周，导致较高比例的菌群，如：

Parabacteroides

双歧杆菌

未分类的毛螺菌科

Dialister

已知这些细菌会消化淀粉并产生短链脂肪酸，而健康的老年人在每天补充6克可溶性玉米纤维3周后，Parabacteroides的丰度有所增加。

▸抗性淀粉（RS2）降血糖

开展了多项研究，以评估小麦抗性淀粉II型（RS2）对血糖反应和肠道微生物群的影响。

在一项研究中，评估了食用富含II型抗性淀粉的小麦卷1周的效果，结果表明，富含II型抗性淀粉的小麦卷可以降低餐后葡萄糖和胰岛素反应。

粪便内容物中的瘤胃球菌属和Gemmiger比例增加，反映了远端肠道的组成。抗性淀粉干预还降低了肠道微生物群落的生物多样性和丰富度。

关于抗性淀粉详见：如何有针对性的进食或者补充膳食纤维

▸抗性淀粉（RS2）增加氢气和甲烷

此外，在食用富含II型抗性淀粉的小麦期间，空腹呼气中，氢气和甲烷增加。氢气和甲烷气体是微生物代谢产物，是微生物发酵的标志物。

关于肠道气体详见：肠道气体带来什么影响，饮食如何对其产生作用？

▸抗性淀粉(RS2)：短链脂肪酸与菌群变化呈正相关

对照组和添加抗性淀粉的小麦卷消耗量之间的粪便短链脂肪酸浓度没有显著变化，但丁酸盐和总短链脂肪酸与下列菌群的相对丰度呈正相关：

粪杆菌属Faecalibacterium

瘤胃球菌Ruminoccocus

罗氏菌属Roseburia

Barnesiellaceae

▸短链脂肪酸能调节与肥胖相关的脂肪因子的表达，降低血糖，提高发酵活性

短链脂肪酸浓度与胰岛素敏感性有关。丁酸可降低胰岛素敏感性。短链脂肪酸还刺激肠内分泌L细胞产生饱腹激素，如肽YY（PYY）和胰高血糖素样肽（GLP-1）。

此外，短链脂肪酸调节瘦素、脂联素和抵抗素等脂肪因子的表达。它们通过调节肠道和全身炎症间接导致肥胖，促进或加剧心脏代谢功能障碍。

这些影响表明，与野生型小麦相比，食用富含II型抗性淀粉的小麦可以降低餐后血糖，改变肠道微生物组成，提高发酵活性。

▸ 小麦胚芽：产短链脂肪酸菌的种类显著增加，提高免疫力

现有文献表明，在饮食中补充小麦胚芽可以改善小鼠的肠道微生物群。此外，与对照组相比，拟杆菌门水平减少，厚壁菌门水平增加。产生短链脂肪酸的细菌种类显著增加：

未分类的_f_Lachnospiraceae

Blautia

Roseburia

其中，Roseburia的百分比增加了三倍以上。

此外，细胞因子和免疫球蛋白的变化与肠道微生物群有关。小麦胚芽可以提高免疫力，作为一种增强免疫力的功能性食品具有潜在的应用价值。

▸ 短链脂肪酸促进食欲刺激激素，葡萄糖刺激的胰岛素分泌增加

另一项研究发现，血液中较高水平的乙酸盐会导致胰岛素抵抗并增加胃中生长素释放肽（一种食欲刺激激素）的产生，而丁酸盐水平的降低也会促进胰岛素抵抗。

此外，啮齿动物肠道菌群改变导致乙酸盐的产生增加，会导致副交感神经系统激活，从而促进葡萄糖刺激的胰岛素分泌增加、生长素释放肽分泌增加、食欲过盛、肥胖和相关后遗症。

还需要开展额外的研究工作来确定肠道微生物群在帮助预防2型糖尿病方面的遗传和代谢潜力。此外，任何未来的研究都应该明确定义，可以通过在2型糖尿病患者的饮食中加入不同谷物来调节的菌群种类。此类研究还应解决这种调节是否与谷物剂量有关。

相关阅读：2型糖尿病如何做到可防可控？肠道菌群发挥重要作用

05
谷物通过调节肠道菌群在结肠健康中的作用

▸米糠：调节肠道菌群代谢，促进益生菌生长

米糠具有益生元特性，对结肠健康有益。米糠含有大量的生物活性化合物，包括各种氨基酸、小肽、脂类、核苷酸、维生素和辅助因子，以及可供宿主消化和不可消化的植物化学物质。

肠道微生物群可以在动物和人类体内发酵米糠碳水化合物、植物化学物质、脂质和氨基酸。

研究发现，米糠成分有助于调节宿主和肠道微生物代谢，与对照组相比，摄入米糠显著促进肠道益生菌菌株的生长。然而，还需要更多的研究来提高对米糠发酵如何影响结肠组织微生物群的理解。

▸大米：减缓肿瘤和病原体生长

大米可以通过改变细胞增殖、对抗氧化应激、减少炎症、调节肠道微生物组和代谢来减缓肿瘤和病原体的生长。

研究了大米抗性淀粉（RS）和脂肪水平对C57BL/6小鼠肠道微生物群的影响。处理是三个品种的三个水平的抗性淀粉作为碳水化合物的主要来源，两个脂肪水平，低（10%）和高（39%）。

抗性淀粉导致厚壁菌与拟杆菌的比率降低，增加拟杆菌科和S24-7的短链脂肪酸产量。

米饭中的抗性淀粉含量（0.44%）可以调节小鼠的肠道微生物群，并且与防止肥胖饮食的有害影响有关。

此外，微生物类群与碳水化合物和脂质代谢相关的组织基因表达之间存在相关性。

▸ 米糠和槲皮素等组合：有利于排除肠道病原体

另一项研究发现，槲皮素和米糠的联合作用减少了致病性肠杆菌科细菌的数量，并且减少量与丙酸水平高度相关。

因此，米糠和槲皮素等底物的组合将有助于排除肠道内的肠道病原体。

▸ 麦麸：增加有益菌，改善肠道完整性，减少炎症

麦麸是面粉加工的另一个重要副产品，也是膳食纤维最丰富的来源之一。麦麸中的膳食纤维可改善矿物质代谢基因表达和肠道功能，并增加体内促进健康的细菌数量。

膳食中添加麦麸可以改变肠道微生物群，从而改善肠道完整性，减少炎症。麦麸补充水平的增加表明盲肠乳酸菌数量增加，肠道炎症减少，补充麦麸后炎性细胞因子TNF-α和IL-6减少，与内毒素血症和抗炎细胞因子减少相关的紧密连接蛋白增加。

需要进一步研究以了解谷物和肠道微生物群在维持结肠健康方面的相互作用。特别是，适当控制饮食干预的人类干预试验可以证实全麦谷物对肠道相关健康的益处，并允许在个人基础上得出更有效的结论。

相关阅读：结直肠癌呈年轻化趋势，与肠道微生物群密不可分

谷物通过调节肠道菌群发挥健康益处的研究总结

Kulathunga J,et al.,Curr Nutr Rep.2022

结 语

肠道微生物群在日常饮食和健康状况之间起着重要作用。大多数研究报告了谷物通过调节肠道微生物群对调节代谢疾病的有益作用。

膳食摄入谷物可以预防动脉粥样硬化、高血压、防止体重增加和脂肪积累、改善血糖耐受性和血脂水平、通过调节肠道微生物群组成减少全身炎症，并促进包括短链脂肪酸在内的不同代谢物的释放。

通过调节肠道菌群健康检测，了解适合的饮食方式，合理调整膳食，可以在预防慢性病方面起重要作用。

主要参考文献

Kulathunga J, Simsek S. A Review: Cereals on Modulating the Microbiota/Metabolome for Metabolic Health. Curr Nutr Rep. 2022 Jun 3. doi: 10.1007/s13668-022-00424-1. Epub ahead of print. PMID: 35657489.

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本文转自：谷禾健康

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