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综述 | AEM：通过植物多糖的饮食干预调节人类的肠道菌群

2021

03/30

微生态

A-

A+

导读

人肠道栖居着细菌为主的多种微生物，通常被称为肠道微生物群。肠道微生物群人类生理过程中的参与分子信号传导，被认为对人类健康至关重要。植物多糖（聚糖，膳食纤维）是支持肠道微生物群维持和功能的碳和能量的重要来源。因此，人类每天消耗的植物聚糖的数量和质量有可能影响健康。肠道菌群的成员利用不同类型的植物聚糖的能力各不相同。采用特定的聚糖饮食干预可以调节微生物群，从而抵消破坏微生物群与宿主之间的复杂关系（生态失调）的生态紊乱。这篇综述概述了通过饮食配方来调节肠道微生物群的前景和研究选择，这些饮食习惯性地食用时，将通过建立能增强功能适应力的各种联合体来纠正营养不良。传统的“益生元”有利于双歧杆菌和乳酸杆菌繁殖，而日粮中化学成分复杂的植物聚糖混合物会促进微生物群的多样性的提高。微生物菌群组成可能因人而异，但由于细菌之间的代谢冗余，功能输出在给定的情况下将保持一致；因此，植物多糖可以改善肠道菌群的特性，促进功能弹性，并实现对营养不良的矫正。

论文ID

原名：Modulating the Gut Microbiota of Humans by Dietary Intervention with Plant Glycans

译名：通过植物多糖的饮食干预调节人类的肠道菌群

期刊：Applied and Environmental Microbiology

IF：4.016

发表时间：2021.2.26

通讯作者：Gerald W. Tannock

通讯作者单位：新西兰达尼丁奥塔戈大学微生物学和免疫学系

主要内容

1 为什么要调节人类肠道微生物？

一个主要由细菌组成的栖息于人类肠道的微生物群落，通常被称为肠道菌群。在生命早期，当牛奶（尤其是母乳）是婴儿宿主的唯一营养来源时，肠道菌群具有相对简单的分类学组成（低α-多样性），主要由双歧杆菌组成。一旦将固体（辅助食品）食物从4至6个月大的饮食中引入，就会发生更为复杂的微生物群的组装。人体中无法消化的水果和蔬菜中的植物聚糖传递到肠道，在那里它们可作为细菌的生长底物。植物聚糖被包括在膳食成分中，称为膳食纤维（文本框1）。在生命的第一年内摄入越来越多的植物聚糖会伴随细菌种类的多样性增加，直到大约12个月大时为止，会出现一种与成人相似的肠道菌群。就相对丰度而言，细菌群落种Lachnospiraceae和Ruminococcaceae以及Bacteroidaceaceae的成员是微生物群落中的主要分类群。但是，直到3至4岁甚至更大的年龄，才能形成特征性分类群暂时保持相对稳定比例的成熟菌群。所有这些过程都受到与分娩方式，种族，微生物散布，抗生素管理，人类遗传学和营养的影响。然而，很清楚，细菌物种自然组合的形成受两个主要因素影响，一个是外源的，即宿主饮食成分（例如植物聚糖），另一个是内源的，即宿主分泌物（例如相关的聚糖）。对粘液生产进行实际控制即使不是不可能，但也很难，但是输送到肠道的植物聚糖（膳食纤维）的数量和种类可以通过饮食摄入来控制。因此，用植物聚糖的饮食干预提供了调节成年人类肠道菌群的手段。

以有针对性的方式调节微生物群可能对治疗或预防人类疾病和健康状况有用。尽管很早就知道肠道菌群组成的基本成分及其主要的新兴特性，但是基于DNA的技术已经提供了有关肠道菌群的分类学组成和功能能力的详细信息。这些研究的证据表明，与健康人的微生物群相比，微生物群的组成会随着某些人类疾病和状况的变化而改变。可以理解，这种“病态”（分类群失调；菌群紊乱导致微生物/宿主关系紊乱）的证据已成为肠道菌群研究的主要推动力。尽管大多数的营养不良证据都是基于统计相关性，并且接受尝试使用人类微生物群啮齿动物测试科赫氏假说的尝试可能存在缺陷，但是使用植物聚糖对肠道微生物群的调节进行的研究仍然是肠道中的有效目标。由于需要减轻非传染性疾病给卫生服务带来的巨大负担，因此需要进行微生物群研究。

2 什么是植物聚糖？

植物细胞包含由大量具有糖苷键的单糖组成的聚合化合物：植物聚糖。在人类肠道菌群的情况下，包含膳食纤维的两组聚糖（淀粉和半纤维素）受到了特别关注。淀粉是许多植物生产的储能聚合物，由两种类型的分子组成：直链和螺旋直链淀粉和支链支链淀粉。淀粉中直链淀粉和支链淀粉的比例根据植物来源而变化。直链淀粉比支链淀粉更耐人淀粉酶消化。此外，如果淀粉被截留在种子和谷物中，则可能难以消化。煮熟后，淀粉会发生糊化作用，其中的晶体结构被破坏，分子可进入淀粉酶。但是，冷却，干燥和冷冻淀粉会导致淀粉结构发生变化（重新沉淀），从而将其转变为不可消化的形式（表1）。植物聚糖的第二大类，半纤维素，提供了将纤维素原纤维包埋在植物细胞壁内的基质（表1）。它们包括甘露聚糖，木聚糖，阿拉伯半乳聚糖，葡聚糖和果胶，它们的化学组成和结构差异很大，即使它们来自不同的植物来源，即使在特定的聚糖基团中也是如此。例如，木聚糖由木糖吡喃糖主链组成，甲基葡糖醛酸酸基团，O-乙酰基基团或诸如阿拉伯糖的糖可被或多或少地取代。阿魏酸可以附着在这些阿拉伯糖分子上。阿拉伯木聚糖的骨架在某些地方被阿拉伯糖取代，并且在谷物（小麦，大麦，玉米，大米）中很常见。它们构成了全世界人类饮食的一部分。因此，人们对于微生物群对摄入阿拉伯木聚糖水解产生的阿拉伯木聚糖寡糖（AXOS）的反应相当感兴趣。一个一致的发现是，在食用阿拉伯木聚糖/ AXOS补充饮食期间，短链脂肪酸（SCFA）（通常为丁酸）的浓度增加，但增加幅度很小且具有个体性。由于丁酸的治疗或预防水平尚未确定，因此这些增强对人类健康的意义尚不清楚，但它们显示出希望，因为它们表明可能调节微生物的代谢输出。

表1淀粉和非淀粉植物聚糖列单

植物聚糖中存在的化学多样性，因此不同植物聚糖有可能差异地影响微生物群的特定属性，因为只有拥有适当的特异的细菌才能代谢它们。如果所有其他限制生长的营养素均可用，则这些物种将复制并可能具有增加的细胞数量和/或代谢输出。对肠道菌群培养成员的基因组数据的早期分析，以及对整个群落的宏基因组学研究，已经揭示了细菌可以降解多种植物聚糖的生化途径。对肠道菌群培养成员的基因组和生化研究揭示了专门细菌如何降解植物聚糖生长的分子细节。通常，它们在细胞表面包含高度特异性的，共定位的，核心化的蛋白质复合物，这些复合物可识别，隔离和降解聚糖，并将降解后的水解产物转移到细菌细胞中（表2）。

表2 与人类肠道细菌降解植物聚糖相关的分子模块的例子

可以说植物聚糖属于被称为“益生元”的食品补充剂的类别，即“一种被宿主微生物选择性利用的底物，具有健康益处”。但是，“益生元”通常是指菊粉，低聚果糖（FOS）和低聚半乳糖（GOS），它们被用作食品添加剂，目的是增加肠道中双歧杆菌和乳酸菌的数量。具有更大结构复杂性的聚糖的使用更可能针对特征在于成年人类的成熟肠道微生物群的通常占优势的细菌家族的成员的细菌物种。因此，尽管FOS（源自菊粉水解或化学合成）和含半乳糖的物质（GOS，由乳糖合成），尽管已广泛用于食品工业，但在本综述中将不作进一步探讨。已经有许多发表的文章可为该主题提供信息。

3 是否存在肠道细菌对植物聚糖的不同得利用的证据？

使用膳食纤维进行调制的概念隐含了对微生物群成员的不同影响。不同细菌类群对特定聚糖的优先利用是调节作用的特定基础。基于培养的研究证实了遗传学研究的证据，即肠道菌对底物的利用专门化，甚至达到了物种和菌株的水平。这项工作中的大部分与肠道菌群中常被发现的属于拟杆菌属的成员有关，它们可作为一个范例。一般而言，拟杆菌属物种具有相对较大的基因组，其编码多种碳水化合物活性酶（CAZymes），赋予细菌合成，识别或代谢复杂碳水化合物的能力。实际上，对培养的拟杆菌属物种的实验室研究结果表明，该物种使用特定聚糖作为生长底物（例如大麦β-d-葡聚糖）的能力有所不同（图1A）。生化复杂的分子（例如亚麻木聚糖）使纯培养中可利用底物的物种数量变窄（图1B）。在某些情况下，根据在含有果胶底物的培养基中的生长而发生的物种聚集（图1C），表明几种物种可能在肠道群落中占据相同的基本生态位，而其他物种则具有独特的作用。相似的生长曲线可能反映了参与特定聚糖降解和发酵的细菌菌群的可互换成员。另外，单个种类具有降解复杂聚糖的特定区域的偏好。例如，使用果胶的同半乳糖醛酸聚糖主链可以生长几种拟杆菌属物种，但是只有在其他细菌去除了阿拉伯聚糖，半乳聚糖和阿拉伯半乳聚糖侧链之后，相对很少的细菌可以利用鼠李糖半乳糖醛酸聚糖部分。这些糖的生长利用在卵形拟杆菌，细小拟杆菌，纤维素拟杆菌和小肠拟杆菌中也是不同的。此外，细菌根据生长的利用顺序对聚糖进行优先排序。例如，卵形拟杆菌（Bacteroides ovatus）在使用支链的较高分子量的聚合物（近似顺序，β-葡聚糖，果胶，木葡聚糖和阿拉伯木聚糖[大小分别为100，〜300、1,028和232 kDa]之前，使用较不复杂，较小的多糖并含有这些底物的混合物。当提供12种聚糖的混合物时，Bacteroidesthetaiotaomicron会优先使用某些糖。聚糖中的化学键也影响其被利用的特异性。例如，通过细胞表面相关的降解和结合机制来确定相对于β2-1果聚糖而言，β2-6果聚糖特定输入到拟杆菌中的周质。分子的结构复杂性以及底物降解中几种酶的协同作用的相应需求是确定优先级的重要决定因素。人类宿主每天可能会消耗来自不同植物来源（水果和蔬菜）的多种聚糖混合物，因此，从使用特定聚糖的优先次序以及每种聚糖的程度方面，了解细菌类群对此有何反应使用这种方法对调节肠道菌群的成功与否至关重要。例如，测试分类单元以利用特定植物聚糖的方法是在实验室条件下培养耐细菌的细菌，尽管近几十年来重点研究了肠道菌群的独立于培养物（基于核酸）的研究，但仍需要鼓励这项技能。宏基因组学研究表明，在肠道菌群研究中检测到的大部分分类单元还没有被培养，但是这些基因组的一部分可能起源于肠道瞬时栖居者，而不是定殖菌群。然而，微生物的常见，主要组成部分已被培养并且存在于培养物收集物中，因此可用于筛选作为生长底物的复杂聚糖。纯培养研究是一个起点，但是多重共培养对于揭示相互作用网络是必要的，该相互作用网络通过细菌物种的联合体降解复杂的底物。因此，需要阐明营养模式并用于人类研究中的食品干预设计。在恒化器中以及在模拟肠道的多级发酵罐中进行连续共培养，将在这方面提供有用的知识，因为细菌可以保持稳定的种群数量。恒化器提供稳态条件（生长以恒定的速率在恒定的环境中发生），在这种条件下，所有细菌细胞在碳和能量限制的条件下都具有相似的代谢状态。这些条件与肠道中的细菌生长有关，由于大量复杂的微生物群落，在那里对生长底物的竞争非常激烈。通过观察已实现的生态位（微生物群中的实际活动）相对于肠道细菌的基本生态位（在体外测量的潜在能力）降低了宽度，这是显而易见的。但是，肠道可能不完全是一个连续培养系统，因为食糜通过大团团通过肠道，回盲肠瓣控制食糜进入大肠。因此，肠道环境可以提供难以在体外复制的分批和连续培养条件的混合物。

图1拟杆菌属对植物聚糖的不同利用。（A）大麦β-葡聚糖作为生长底物；（B）新西兰亚麻木聚糖作为生长基质；（三）果胶多糖为生长底物。（A和B）在含有植物聚糖（0.2％，wt / vol）的基础培养基中的拟杆菌属物种的培养物相对于基础培养基温育24小时后的平均A600比率。黑条显示了与对照显著不同的值（P<0.05）。（C）以热图的形式相对于对照（A600比率）显著（P<0.05）增加生长。增长的非显著差异绘制为零。

重要的是认识和理解与特定植物聚糖的降解和发酵有关的细菌菌群的功能。通过植物聚糖的饮食干预将最有可能调节相互作用的细菌物种，而不是单独发挥作用的单个目标物种。微生物菌群可以被认为是分类单元的簇，它们通过代谢协同作用来降解和发酵复杂的底物。这些菌群是基于成员的共同营养。可以通过除去与聚合物连接的糖来制备复杂底物的多糖主链用于水解。其他能够水解底物（全部或部分）的物种会“泄漏”潜在的营养物质，从而使其本身无法降解完整的底物。假定会有一个替代方案，因为该菌群的非水解成员将帮助提供一个改善整个实体寿命的环境。例如，这可能是通过生产限制生长的营养素，例如维生素。氢的代谢交叉供入（物种间的氢转移）可能很重要，因为在热力学上维持较低的氢分压有利于发酵反应引起的NADH的再氧化。这样可以进行更多的发酵，从而增加糖酵解细菌的生长。产乙酸菌，产甲烷菌和减少硫酸盐的细菌是重要的氢营养菌，即使它们在人类肠道中的含量相对较低。肠道微生物群中发酵酸的代谢交叉补料也很明显。例如，由拟杆菌属（Bacteroides）物种产生的琥珀酸酯随后被Veillonellaparvula转化为丙酸酯。因此，重要的是要在微生物群的宏基因组学研究中确定类群的显著的分类单元，以评估饮食调节的调节作用。

4 选择正确的膳食纤维来调节肠道微生物

调节肠道菌群的前提是，可以找到具有不同作用的聚糖，然后结合通常食用的知识进行管理。食物频率调查表（FFQs）被广泛用于营养研究中，以了解在规定的时间段（通常为7至30天）内食用的各种食物组和相关营养素。FFQ收集有关食物消费频率的信息，但通常不收集消费数量的信息。当FFQ确实包含有关数量的问题时，数量通常基于标准份量而不是直接重量或使用家用器具。缺点是FFQ依赖于所吃食物的召回，并且随着召回时间的延长，召回偏见可能会增加。称重食物记录（WFR）提供有关饮食摄入量的最准确信息。它要求在食用时称量所有食品和饮料的份量；记录餐盘废料，以及对食物，制备方法和品牌名称的描述。WFR可用于验证FFQ的准确性。来自FFQ和/或WFR的信息使人们能够建立习惯性的饮食模式，并且可以根据对模式的依从性/不依从性对个人进行分级。饮食模式已被用于调查饮食与疾病之间的关联，并且在了解饮食对肠道菌群成熟的影响方面应具有越来越大的益处。更进一步，与微生物群数据相关的饮食结构依从性的测量可能揭示特定植物聚糖摄入量的不足，这可以通过天然食物摄入量的饮食校正或使用饮食补充剂来纠正。假定营养分析与任务相同；人们担心特定种类的膳食纤维的估算。食品类别的定义会发生变化，分析中使用的技术检测方法的种类会影响食品成分数据库的完整性和准确性。一旦确定了候选膳食聚糖，就需要考虑每天的热量摄入，制定出以吸引人和可口的方式增加特定类型膳食纤维消耗量的程序。需要剂量反应研究来确定和标准化疗效。相对于目前的摄入量，可能需要大剂量的复杂聚糖才能达到功效，这可能会排斥西方国家甚至全球的消费者，这些消费者每天需要消耗15至20克膳食纤维才能产生很大的说服力。虽然实验室培养研究使用的是从植物中提取的纯化底物，但干预措施中使用的物质可能需要烹饪，这可能会改变化学结构，因此可能会影响肠道的功效。因此，在筛选研究中测试加工的膳食纤维以及“原始”未加工的膳食纤维成分将是明智的。

5 我们应该调节肠道微生物的哪个方面？

我们需要考虑将肠道菌群的哪个方面用作为功效的量度。“营养不良”的概念广泛地基于构成微生物群的分类单元中的不平衡。因此，从这一观点出发，分类学分析将是适当的，并且可以比较营养不良和经过处理的微生物群的组成结果。完成这项工作的方法很容易获得，但是为了获得可靠的物种水平数据，将需要进行宏基因组分析，而不是仅对16S rRNA基因可变核苷酸区域的PCR扩增子进行测序。确实，鉴于物种内部菌株的生化变化，有必要对微生物群的组成进行更深入的分析。从测序数据中鉴定肠型（强大的分类单元）和构建微生物（相关性）网络可以促进对微生物群营养结构的理解。网络显示单个微生物为节点（集居物种），物种同时出现或互斥为特征-特征对（边缘）；边缘可能暗示特征之间的生物学或生化关系。互惠互利的微生物可能呈正相关，而竞争同一生态位的微生物则可能呈负相关。此类分析可能会揭示与特定底物的利用有关的细菌菌群。微生物组中生化途径的普遍程度可以从宏基因组学数据推论得出，但是这些数据仅显示代谢能力，由于饮食干预，由于具有微生物学特征的个体中与“功能”相关的基因型的稳定性，它们不一定因饮食干预而改变。明显不同的生物分类组成。这种稳定性反映了肠道菌群的代谢冗余特征，其中一种以上的细菌物种具有相同的生化功能。转录组研究可能对监测饮食干预的影响很有用，因为可以使用转录组分析获得有关人际关系动态的线索。它可能“监听”微生物群成员的分子对话。使用稳定同位素标记的底物来探测特定物质的微生物利用也已引起微生物生态学的关注，并且在研究碳从植物碳水化合物到肠道菌群的流动方面具有潜力。稳定同位素探测（SIP）通过跟踪稳定同位素标记的从底物到掺入细菌16S rRNA（RNA-SIP）的分子，可以提供有关微生物系统发育和代谢活性的见解。技术上更简单，更便宜的监测方法可以针对微生物的新兴特性。最明显的是微生物群落由于降解和发酵外源和内源底物的集体活动而产生的SCFA（主要是乙酸根，丙酸根和丁酸根）的比例。SCFA是肠粘膜中受体的配体，作为信号分子，影响免疫和生理过程（如饱腹感）。对其他可能在人类过程中发出信号的生物化学分子（例如肠脑轴）进行测量可能会更有意义。

6 人类肠道微生物对饮食差异的反应

肠道微生物群饮食调节的令人信服的证据来自与西方人相比，非洲非西方人的肠道结构和新兴特性的研究。例如，生活在非洲布基纳法索一个乡村的儿童，相对于意大利城市儿童的“现代西方饮食”而言，饮食中膳食纤维含量较高，粪便中有丰富的拟杆菌（57.7％，相对丰度为22.4％），而厚壁菌门（27.3％对63.7％）。具有水解纤维素和木聚糖的遗传能力的Prevotella和Xylanibacter属的成员在非洲儿童的微生物区系中丰富，但在意大利儿童的微生物区系中缺乏。由于纤维降解和发酵，布基纳法索儿童粪便中的SCFA浓度较高。对非洲农村儿童粪便微生物群的这些观察结果反映了食用富含多糖的饮食，他们能够通过细菌发酵获得最大的能量收获。同样，非洲狩猎采集者哈扎人（Hadza）的肠道菌群具有比意大利人更大的微生物多样性。微生物群包括许多与先前检测到的科和属不相似的拟杆菌，梭菌，拟杆菌和漆螺科。此外，Hadza人菌群在男人和女人之间也不同，这反映了由于微生物群角色不同而导致的群体饮食的不同：女人比男人倾向于消耗更多的膳食纤维。膳食纤维特别是从块茎中获取，这与女性菌群中毛螺菌科的相对丰度增加有关。这些细菌在西方微生物群中很少见。哈扎族人在狩猎探险中消耗更多的肉。相对于女性，他们的微生物群增加了真细菌和蓝藻的丰度。没有明显的意大利微生物群落性别差异。Hadza人和意大利人之间的微生物群落的新兴特性有所不同，反映出所食用膳食纤维的相对数量和类型。意大利人的粪便中丁酸盐含量高于丙酸的哈扎。较低的丁酸盐浓度与梭状芽孢杆菌簇IV和XIVa（丁酸盐生产者）的含量较低有关，而丙酸盐的含量较高与普氏杆菌的相对丰度有关。这些研究以及参与者在实验条件下饮食的主要变化（“基于植物的饮食，即富含谷物，豆类，水果和蔬菜”或“基于动物的饮食”，即富含饮食）的研究一起进行，提供了明确的证据表明微生物群及其功能可以通过习惯性饮食摄入来调节。在实验条件下，参与者饮食摄入的变化不会影响所存在细菌的种类（α-多样性），但会根据系统发育差异，“物种”的相对丰度以及微生物群落的相似程度来改变微生物群落的组成（食物到达肠道后1天，就可以在以动物为基础的饮食组和其他组之间检测到β-多样性）。与基于动物的饮食相关的最常见的簇是由抗胆汁细菌组成的，这与高脂肪摄入时肠道中胆汁酸的增加有关。与基线和植物相比，食用动物性饮食的参与者的粪便中，源自碳水化合物（乙酸和丁酸）发酵的SCFAs浓度要低得多，而由于氨基酸（异丁酸，异戊酸）发酵而得的SCFAs浓度要高得多。基础饮食样本。

7 从饮食干预研究中学到的其他注意事项

与肠道微生物群调节有关的重要知识已从更为微妙的饮食干预中获得。高多样性的菌群可能对饮食干预没有反应，多样性已经相对较高的菌群即使每天40 g的摄入量也不会对饮食纤维的摄入增加作出反应。因此，建议在干预研究中筛选潜在参与者的肠道菌群，以鉴定具有低多样性微生物群的个体。这样便会有希望获得“改善”。高多样性的微生物群组成被认为比低多样性的群落更受欢迎。这是因为具有高分类学多样性的微生物群具有与分类单元之间的代谢冗余相关的高功能多样性。这给微生物群带来了恢复力，因为微生物群某些成员的丧失并不一定意味着特定功能的全部丧失。失调的菌群可能缺乏这种功能弹性，因此无法与人类宿主进行通常的互动关系。这些低多样性的微生物群显然是饮食干预的目标，因为植物聚糖是肠道微生物群的主要营养驱动力。

在未选出的人类受试者中，只有少数人肠道具有会对特定的饮食干预产生反应的微生物群。例如，沃克和同事调查了饮食干预对超重男性的影响。包含抗性淀粉（RS）的饮食包括在研究中，食用RS饲料时，通过定量PCR检测到少量的类群（如鲁米氏球形球菌，似弯曲杆菌和直肠真细菌）的数量增加，但个体间差异很大。在两个人类受试者中，超过60％的RS未经消化就通过了肠道，这可能与粪便中的类似R. bromii细菌稀少有关。Baxter及其同事在最近的一项研究中得出了类似的结论。纠正全社会的缺陷（例如丁酸浓度）将很困难，因为有些人不会做出反应，因此会受益。但是，在纠正与疾病相关的营养不良时，其目的不是提供一种“一刀切”的方法来改善整体健康状况，而必须针对与特定疾病或状况相关的微生物群的特定方面。因此，一个现实的目标是针对与营养不良相关的疾病，但不能达到个性化营养，除非特定个体中不存在微生物群落再生的关键因素。这需要不同于传统益生元的思维方式，因为它需要更多的药学方法（恢复，纠正或修改特定的有机功能），而不是一般的保健方法。在牧民和猎人群体的肠道菌群中检测到的细菌Succinivibrionaceae，Paraprevotellaceae，Spirochaetaceae，Prevotellaceae，依赖于季节性饮食，但在西方人的微生物菌群中可能不是必需的“益生菌”添加剂，以改变饮食习惯供应“缺失的微生物”。’

高于基线水平的膳食纤维量才能产生持续可测量结果。为了长期维持可持续的结局，每天可能需要消耗的膳食纤维数量可能超出了现代人类的承受能力在西方国家每天摄入80到150克膳食纤维将相当于Hadza人所消耗的膳食纤维。改变食物纤维的质量而不是数量可能是一个更具吸引力的主张。为了提高饮食干预研究的价值，需要对肠道菌群对植物聚糖的差异利用有充分的了解，包括比较摄入的食物和排出的食物。剂量反应实验与这项工作相关，因为应该知道与潜在不良作用相关的聚糖的最小有效量（例如，过量的肠胃气产生）。在肠道菌群的情况下，剂量反应是有条件的，因为在菌群内可能发生广泛的代谢相互作用。Deehan及其同事对这些方面中的几个进行了研究，他们发现具有不同结构差异的不同形式的化学修饰淀粉对微生物群组成和SCFA产生产生不同的作用，并且由于摄入量达到了平稳，因此增加摄入量对这些作用的增强是有限的。每天35克。

测试饮食干预的长期效果。肠道菌群研究的局限性包括招募参加研究的人类受试者相对较少以及每个受试者仅对一个粪便样本进行分析。通过饮食干预，进行时间研究似乎至关重要，在此过程中，需要进行为期数月的双交叉试验，以进行饮食改良。我们尚不清楚西方社会中微生物群落组成的季节性变化程度，还是长期来看可持续性调节尚不清楚。即使维持饮食干预，微生物群特征的变化也可能很快消失并恢复到基线水平。这方面需要广泛的研究。

将聚糖作为具有不同作用的底物“包装”并入。不应该鼓励饮食时尚，我们必须严格考虑所有饮食干预措施，以免造成伤害。需要设计各种方法来鼓励均衡饮食的消费，这种均衡饮食应包含聚糖混合物，以支持开发和维持高度多样化和功能适应性强的肠道菌群。在很大程度上，只有找到增加可食用形式的特定膳食纤维摄入量的方法，这种方法才能成功。例如，“地中海饮食”的灵感来自1940年代和50年代希腊，意大利南部和西班牙的人们的饮食习惯，其特征是水果，蔬菜，鱼类，全谷类和有限的饱和脂肪。尽管大多数兴趣都集中在降低与这种饮食有关的心脏病风险，但严格遵守饮食的意大利人的粪便中的SCFA浓度要高于那些坚持较少饮食的意大利人。这表明含复合碳水化合物的饮食对微生物群落出苗特性的影响。根据将要输送到微生物群中的植物聚糖的数量和类型来指定饮食中水果和蔬菜的类型将是一项进步。

8 科学和商业要求的差异

调节微生物群的医学/科学目标可能会集中于纠正与特定疾病相关的特定异常生物，并在可能的情况下将科学和医学联合起来，目的是增加膳食纤维摄入量，从而促进总体健康。建议食用特定种类的水果和蔬菜，而这些水果和蔬菜含有可以被特定细菌类群降解和发酵的聚糖事已知的，因此可以满足这种要求。商业上的需要可能是要提取（纯化）特定的聚糖，尤其是从目前被认为是废物的材料（例如，去皮或种子）中提取（纯化）特定的聚糖，以便从农作物中提取出更高的价值。提取和加工的聚糖可以掺入胶囊或包装的粉末中食用，从而使“膳食纤维”易于运送到人体肠道，但是由于加工成本的原因，当然要贵一些。医学/科学方法和商业方法不是互相排斥的，可以结合使用，但是需要考虑将单一底物（在提取过程中可能发生化学改变）给药的功效，而不是将其复杂化。诸如天然水果和蔬菜中可能存在的聚糖（未经加工，但在某些情况下除外）。这两种方法的相对功效需要进行测试，并且需要比较摄取的便利性和消费者的花费，并且应该始终针对改善健康状况进行定义。

展望

对文献的评估表明，继续进行投机性的饮食干预试验（口服，检查肠道微生物群）是没有帮助的。这些试验并未提供将非传染性疾病的破坏减少到最低限度的明确解决方案，这主要是因为与健康相关的微生物群落的生态学尚未得到充分定义。我们很清楚微生物菌群的成员是谁，以及它们在总体上的能力，但是我们无法充分预测为什么与特定疾病有关的扰动会发生。我们也无法就如何从长远来看纠正被干扰的生态系统制定路线图。显然，我们必须了解肠道微生物区系如何在健康中起作用，包括了解与疾病相关联的高于或低于该微生物群的生物类群或生物活性物质的丰度阈值。否则，例如，特定分类群和/或丁酸盐的相对丰度的变化缺乏有意义的背景。需要根据代谢菌群的形成和功能来考虑微生物群的调节。栖息地的空间角度可能很重要；细菌细胞与消化池中的植物颗粒物质有关，这些细菌无疑会在肠道中植物多糖的水解和发酵中发挥作用。在肠道生态系统中的菌群的发展中，可以设想到水解细菌（生产者）的食物颗粒与其他细菌物种的空间联系，这些细菌得益于潜在产品的潜在水解基质“水解”产物的“泄漏”。因此，下一阶段的研究是确定与细菌聚糖降解和发酵有关的细菌菌群的组成，以及与饮食的改变有关的特定菌群的丰度变化。目的是将细菌类群的成员整合到一个联合体中，就像在拼图玩具中将它们组装在一起一样，并测量每个联合体中整合新陈代谢的动力学。在不同的聚糖周围会形成不同的菌群，这些聚糖专门为每个菌群提供燃料，因此，当可获得复杂的植物聚糖混合物时，微生物群中会存在许多具有不同功能的菌群。进一步的目的是检验以下假设，即执行相同功能的菌群在组成细菌种类方面可能不同（系统发育上不同的细菌可以编码相同的功能）。这种现象将解释人类肠道微生物群组成的个性，但在整体微生物群功能上具有普遍的相似性。结构化，习惯性但有趣的饮食会促进各种菌群的形成，从而维持具有功能适应力的高多样性微生物群。尽管看似简单的命题，但要实现多样化的饮食结构并非易事，因为从成年初期开始就需要进行饮食调节以产生仅在生命的第五，六十年代才可考虑到的新陈代谢的后果。综合症。在西方国家，在狩猎者和采集者中检测到的“祖先”肠道菌群是不可能实现的。Hadza等人也比食用富含膳食纤维的块茎更喜欢肉和蜂蜜。我们希望：今后的研究中，科学家能把基于对肠道菌群的了解进行的基础生态研究，特别是通过将摄入多种化学成分的复杂植物聚糖的研究能与调节肠道菌群联系起来，从而促进高多样性微生物群的研究。