不偏食不挑食，健康的肠道菌群需要饮食的多样化

早在1990年，美国匹兹堡大学医学院的研究人员发表了一项研究，他们对25名年龄在6-12岁的体重超重45%的儿童进行了治疗，而他们的父母中也有一个超重。治疗持续8个月，包括饮食指导、行为管理训练、运动等。在治疗期间，父母和孩子的体重都减轻；但是，在治疗结束10年后，孩子们的超重率仍然保持7.5%的下降。与此相反，与孩子同时接受治疗的父母，他们的超重率从基线增加了9.1%。青春前期的受试者能够保持体重减轻，而他们的父母却不能的原因仍然是医学上的一个谜。

这一研究是在我们了解胃肠道微生物与调节新陈代谢的生理系统的相互作用之前进行的。2007年底，美国国立卫生研究院启动了人类微生物组计划（HMP），2008年初，欧盟和中国也启动人类肠道宏基因组计划（MetaHIT），应用先进的测序技术和生物信息学分析工具来了解我们身体上的微生物特征。生物多样性是生态系统功能的一个重要方面，也一直是HMP和MetaHIT项目关注的重点。与所有健康的生态系统一样，微生物多样性高是健康个体的胃肠道微生物群落特征。具有相似作用的微生物物种的增加或丢失只会对菌群功能产生很小的影响；然而，少数物种占据主导地位或物种多样性的缺乏则可能会显著影响菌群功能。

青春前期的孩子能够保持体重减轻可能是因为比他们的父母拥有更丰富的微生物。事实上，6-12岁的健康的青春前期的儿童胃肠道微生物的多样性远远大于生活在同一城市的健康成年人。生物多样性越高，生态系统从紊乱中恢复或调整的能力就越大。相反，微生物多样性的降低在一些疾病状态下很常见。

在过去的50年里，肥胖、2型糖尿病和炎症性肠病等疾病的发病率急剧上升，且这些疾病都伴随着肠道菌群多样性的降低。这个生物群落中充满着以未消化和部分消化的食物形式存在的能量，在某些情况下，还有药物和膳食补充剂。群落中的每一种微生物都能将能量转化为新的分子，这可能就是关于能量摄入和宿主生理系统消化状况的信息。因此，通过我们的饮食选择，我们可以选择某些微生物物种的食物，并为它们在其它胃肠道微生物的竞争中提供优势。饮食越多样化，微生物群落也越多样化和越健康，也就越能适应外界环境的干扰。青春前期的孩子比他们的父母有更多样化的胃肠道菌群，因为他们的饮食从简单的婴儿饮食逐渐过渡到成人的饮食，并逐渐选择和接触新的食物。成年后，已经建立起比较固定的饮食习惯、不愿意去探索新的食物。

不幸的是，在过去的50年里，因为世界人口的日益增长导致人们生产更多食物的经济压力增大，所以导致我们饮食的多样性逐渐丧失。农业生物多样性的降低，或者说各种可食用植物品种的种植和动物品种的养殖减少，正在以惊人的速度发生。根据联合国粮农组织的说法，由于全世界的农民把土地留给了那些基因统一且产量高的品种，75%的植物遗传多样性已经消失。在已知的25万到30万种可食用的植物物种中，人类只利用了大约150到200种。现在，世界上75%的食物都是由12种植物和5种动物组成的。

农业生产中使用抗生素作为家禽、猪和牛的生长促进剂进一步减少了胃肠道微生物。美国食品药品监督理局批准使用抗生素来促进牲畜生长，是因为当时认为肉类在被食用后，肉类中残留的低水平的抗生素不会显著影响人类血液中的水平。然而，当抗生素被批准为生长促进剂时，其对肠道菌群的影响并没有得到重视。事实上，抗生素残留可能会导致肠道菌群组成和功能的变化。作物农业生产依赖于杀虫剂的使用来保护作物免受杂草、真菌和昆虫等的破坏性影响。就像使用抗生素作为生长促进剂一样，农作物中的农药残留也可能足以改变肠道菌群。因此，在过去的一个世纪里农业实践的变化限制了肠道菌群的多样性。

饮食改变后的3天就可以导致肠道菌群组成的改变。饮食偏好，比如纯素食或纯肉食可能导致一些必须的营养物质的缺乏而导致一些关键的肠道细菌的消失。虽然暂时去除一种必需的营养素只会短暂地减少菌群多样性，但是长期缺乏某种营养物质比如膳食纤维则可能导致无法逆转的微生物的消失。由此可见，一些流行食疗法，比如不吃碳水化合物也可能减少微生物的丰富程度。尽管，治疗糖尿病的第一道防线包括减少糖和淀粉的摄入，它们可以被难消化的碳水化合物比如低聚糖所取代，但是这些碳水化合物仍然可以被肠道微生物所代谢。一些常用于制造加工食品的膳食乳化剂也会减少微生物多样性，可能导致结肠炎。

由于食物中的营养物质可以被肠道微生物转化为与宿主相互作用的新的信号分子，信号分子的种类越多，在进食受到影响时宿主维持自我平衡的可能性越大。比如，贝类、鸡蛋、牛奶、红肉和家禽等食物中富含的磷脂酰胆碱可以被肠道微生物转化为三甲胺，它被宿主吸收并被氧化为动脉粥样硬化相关的氧化三甲胺。然而，地中海饮食中常见的香醋、红酒、冷榨特级初榨橄榄油或葡萄籽油含有三甲胺产生的抑制剂。

过量摄入糖分和淀粉后，肠道上部负责糖吸收的葡萄糖转运蛋白（GLUTs）和钠-葡萄糖协同转运蛋白（SGLTs）达到饱和，因此，碳水化合物进入到肠道下部被肠道微生物转化为短链脂肪酸。这些短链脂肪酸作为促分泌素促进胃肠道激素肽YY和胰高血糖素样肽-1的释放，它们可以进一步减少食物摄入量，减缓胃排空和胃肠道转运，增加胰岛素分泌。这些行为进一步限制食物摄入和允许摄入的葡萄糖进入细胞存储起来。此外，短链脂肪酸会与中链脂肪酸竞争结合胃饥饿素-o-乙酰转移酶，从而阻止中链脂肪酸激活胃饥饿激素。胃饥饿激素激活会刺激食欲。可发酵的低聚糖、二糖、单糖和糖醇（FODMAPs）可以引发肠易激综合征或炎症性肠病患者的胃肠道症状。因此，低FODMAP饮食往往是这些患者治疗的一部分。这种饮食也可能对肠道微生物产生长远的影响。

健康、稳定、多样化的肠道微生物生态系统是在使用饮食来扰乱疾病动物模型的生理系统时所需要考虑的一个重要组成部分，然而它却经常被忽视。研究肥胖和胰岛素抵抗的一个常见的模型是将传统的饮食切换为高脂高糖的西式饮食。传统的饮食通常更加多样化，包含各种来源的营养素，比如全麦、脱皮豆粕、玉米、动物脂肪和浓缩乳清等等；而常用于诱导肥胖的饮食多样性要低得多，蛋白质的来源是酪蛋白，碳水化合物的来源是玉米淀粉和蔗糖，脂肪的来源是猪油。饮食多样性的降低可能也是导致肥胖发生的一个重要因素，与肠道菌群多样性降低有关。

从营养成分组成，包括蛋白质、脂肪和碳水化合物等上看，即使不同人的饮食是相似的，但是饮食结构的多样性不同，也可能产生不同的影响。如上所述，微生物产生的短链脂肪酸可以抑制胃饥饿激素的激活。因此，富含植物多糖的饮食可以使胃饥饿激素的作用减弱，而更多样化的饮食可能使胃饥饿激素的抑制减少。2010年，一项来自德克萨斯大学西南医学中心的研究使用野生型小鼠和胃饥饿激素功能缺失的小鼠发现胃饥饿激素可以在热量摄入不足的情况下帮助预防血糖过低；而2012年，德国赫姆霍兹慕尼黑研究中心的一项研究没能验证这一发现。虽然这两项研究使用的饮食在营养物质含量看似是相似的，但实际上是非常不同的。前一项研究使用的饮食中18%的热量来自脂肪，33%来自蛋白质，49%来自碳水化合物；而第二项研究中使用的饮食17%的热量来自脂肪，25%来自蛋白质，58%来自碳水化合物。但是，仔细分析食物成分的多样性就会发现，后者是一种素食，主要由玉米、脱皮豆粕、燕麦、麦麸、脱水苜蓿草粉和玉米麸粉等；而前者的食物构成更多样化，还含有动物制品。因此，第二项研究中的饮食可能促进一种维持高水平的短链脂肪酸的肠道菌群，当野生型小鼠本身食用这种饮食的时候就可能导致胃饥饿激素水平较低，因而表现出与胃饥饿激素功能缺失的小鼠差异不明显。

解决另一个医学谜题的线索来源于肠道菌群产生的次级胆汁酸。Roux-en-Y胃旁路术和垂直套筒胃切除术等减肥手术在手术后和体重显著降低之前就能迅速改善肥胖的并发症。两种减肥手术的结果似乎与法尼酯X受体介导的胆汁酸信号有关。现在研究已经知道胆汁酸的多样性是依赖于肠道微生物的多样性的。增加膳食脂肪的多样性，例如饱和脂肪酸、单不饱和脂肪酸和多不饱和脂肪酸，可以改变肠道菌群的多样性，从而调节胆汁酸的多样性。

在未来，减肥治疗或可以从一个特定的饮食计划开始，增加其肠道菌群的丰富程度作为减肥治疗的前奏，以使其能够在较长的时间内维持体重减轻，就像文章开头我们提到的青春前期的儿童一样。事实上，基于个性化肠道菌群的短期个性化饮食干预可以改善潜在糖尿病人和2型糖尿病患者的餐后血糖调节。通过饮食多样性来增加肠道菌群多样性的研究很可能延伸健康营养的概念，促进新诊断的发现并开辟新的治疗可能性。