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在饮食与健康紧密关联的当下，为探究不同饮食模式对肠道微生物组的影响，研究人员分析 21,561 人的数据。发现不同饮食模式的肠道微生物组有显著差异，且与健康相关。这为营养干预和流行病学研究提供依据。
在当今社会，饮食与健康的关系备受关注。不良饮食，尤其是缺乏未加工植物性食物的饮食，已成为全球导致死亡的重要风险因素，心血管疾病、癌症和 2 型糖尿病等都与之密切相关。同时，不健康饮食还对环境造成诸多负面影响。而肠道微生物组在人体健康中起着不可或缺的作用，它能被饮食所改变。例如，肠道微生物发酵难以消化的植物多糖，可通过产生短链脂肪酸（SCFAs）和与免疫系统相互作用，维持健康、非炎症性的肠道屏障和肠道内稳态。然而，目前饮食信息和肠道微生物组组成的研究存在诸多问题，二者关系的研究缺乏大规模、跨国和跨队列的方法，难以在物种水平上揭示特定饮食方面与个体肠道微生物之间更细致的关联。在此背景下，为了深入了解长期饮食偏好如何影响人体肠道微生物组的结构和功能，来自意大利特伦托大学、英国 ZOE Ltd. 等机构的研究人员开展了相关研究。
研究人员利用三个来自 ZOE PREDICT 计划（英国的 P1、P3 UK22A 队列以及美国的 P3 US22A 队列）的队列，以及两个公开可用的包含意大利参与者的队列（Tarallo 等人（2022）和 De Filippis 等人（2019）的队列）。参与者报告自己的饮食模式（杂食、素食或纯素食），并提供粪便样本进行鸟枪法宏基因组测序。研究人员还通过定量食物频率问卷（FFQs）获取参与者的详细饮食信息，并计算植物性饮食指数（hPDI）。
在研究中，研究人员运用了多种关键技术方法。首先，对粪便样本进行 DNA 提取、扩增和测序，其中不同队列的样本处理和测序平台有所差异。接着，使用 MetaPhlAn 4 对微生物组样本进行分析，以计算微生物相对丰度，并组织成物种水平基因组箱（SGBs） 。还通过计算观察丰富度和多种距离矩阵来评估肠道微生物的 α 多样性和 β 多样性。同时，运用机器学习方法，如基于随机森林（RF）分类算法的 metAML，将参与者的饮食模式与微生物组群落结构相联系。此外，通过构建线性模型和进行荟萃分析，确定不同饮食模式间差异丰富的微生物，以及微生物与主要食物组和 hPDI 的关联。
研究结果如下：
- 多队列肠道宏基因组学与详细饮食数据：研究共纳入 656 名纯素食者、1,088 名素食者和 19,817 名杂食者。在三个 PREDICT 队列中，不同饮食模式的 hPDI 存在显著差异，纯素食者的 hPDI 显著高于素食者，素食者又显著高于杂食者。
- 不同饮食模式下的肠道微生物多样性和组成：PREDICT 队列中，肠道微生物丰富度因饮食模式而异，杂食者的观察丰富度高于纯素食者和素食者，但纯素食者和素食者之间无显著差异。整体肠道微生物组成也因饮食模式存在显著差异，通过机器学习分类器可高度区分不同饮食模式，其中区分纯素食者和杂食者的预测准确性最高。
- 纯素食者、素食者和杂食者的肠道微生物特征：通过荟萃分析，确定了与不同饮食模式相关的差异丰富的 SGBs。杂食者微生物组中一些与肉类消化相关的微生物增加，如 Alistipes putredinis、Bilophila wadsworthia 和 Ruminococcus torques 等；而纯素食者微生物组中富含一些丁酸盐产生菌和纤维降解菌，如 Lachnospiraceae、Butyricicoccus sp. 和 Roseburia hominis 等。
- 肠道微生物饮食特征与主要食物组的关联：肉类摄入与杂食者相关的 SGBs 呈正相关，与素食者和纯素食者相关的 SGBs 呈负相关；水果和蔬菜摄入与素食者和纯素食者相关的 SGBs 多呈正相关。乳制品相关的 SGBs 在不同饮食模式中的相关性与乳制品摄入情况一致。
- 植物性食物多样性对微生物组的影响：无论比较哪种饮食模式，hPDI 与各饮食模式的 SGB 特征之间的相关性具有一致性，表明总体饮食因素可能超越饮食模式的影响。
- 心脏代谢健康与肠道微生物饮食模式的关联：利用 ZOE Microbiome Ranking 2024 评估发现，杂食者微生物组的 SGB 特征排名在心脏代谢健康方面不如素食者和纯素食者，纯素食者相关 SGBs 的排名最有利。
- 整体饮食概况对特定肠道物种的预测作用：基于 FFQs 的整体饮食信息可预测特定 SGBs 的存在与否，与饮食关联最强的 SGBs 多是能区分杂食者和纯素食者肠道微生物组的物种。
- 饮食相关的肠道微生物组中食物微生物的贡献：不同饮食模式的肠道微生物组中食物来源的 SGBs 数量不同，纯素食者最少。食物组对食物到肠道物种共享的影响大于饮食模式，乳制品来源的 SGBs 共享最多。
- 不同饮食模式下食物 - 肠道共享微生物的差异：鉴定出 20 种在五个队列中普遍存在的食物 SGBs，如乳制品相关的 Streptococcus thermophilus 等在非纯素食者中更普遍，而一些土壤微生物在纯素食者中更常见。
- 植物和肉类特异性微生物途径与饮食模式：素食和纯素食饮食的肠道微生物中，与植物相关的微生物途径富集，如简单碳水化合物和生物活性化合物的转化途径；杂食者肠道微生物组中则富含与动物源性食物分解和氨基酸代谢相关的途径。
研究结论和讨论部分指出，不同饮食模式（包含或排除肉类、乳制品、水果和蔬菜等主要食物组）会在肠道微生物组上留下独特印记。杂食者肠道微生物组中的一些特征物种与炎症性疾病和不良心脏代谢健康结果相关；纯素食者的特征微生物则与水果和蔬菜的摄入有关，且与更有利的心脏代谢健康相关。饮食中的植物性食物多样性对肠道健康很重要，杂食者可通过增加植物性食物摄入来改善肠道健康。该研究结果为进一步研究单一微生物（或基因）与食物成分之间的特定相互作用提供了重要依据，在改善不同饮食模式的（临床）干预研究和流行病学研究中具有潜在应用价值。但仍需在菌株水平等方面开展进一步研究，以深入了解食物到肠道的微生物传播，以及探索人类肠道和食物来源之间共享的微生物，同时研究三大主要饮食模式中的健康实践。这项研究发表在《Nature Microbiology》上，为饮食与肠道微生物组及健康关系的研究开辟了新的方向，对推动营养科学和健康医学的发展具有重要意义。
