碳水化合物负荷饮食与肠道菌群的关联机制及干预策略：一项系统性综述

这篇综述系统分析了17项动物研究，揭示了高碳水化合物饮食（HCD）通过改变肠道菌群中厚壁菌门(F)/拟杆菌门(B)比值影响代谢健康的机制。重点探讨了高脂高糖饮食（HFHS）导致F/B比值升高的肥胖关联性，以及益生菌、褐藻多糖等干预手段对菌群失调（dysbiosis）和短链脂肪酸（SCFAs）代谢的调节作用，为代谢综合征的膳食干预提供新思路。

　　

图形摘要

高碳水化合物饮食对肠道菌群的影响呈现显著差异。高脂碳水化合物会提高厚壁菌门/拟杆菌门(F/B)比值——该现象与肥胖相关，而低脂碳水化合物则产生多样化效应。具体效果取决于碳水化合物类型及其他影响因素，凸显进一步研究的必要性。

摘要

肠道菌群通过消化、黏膜通透性、代谢、血压和血脂谱等途径发挥关键作用。代谢综合征作为日益严重的健康问题，其病理过程可能与碳水化合物负荷饮食诱导的动物模型变化相关。本综述系统检索截至2024年9月的五大数据库数据，采用SYRCLE工具评估偏倚风险。纳入17项涉及690余只啮齿动物的研究显示：碳水化合物负荷饮食会改变菌群组成、多样性和比例，其中高脂高碳水化合物饮食（淀粉类除外）普遍提高F/B比值；果糖、蔗糖等不同类型碳水化合物对菌群及相关病理生理的影响存在显著差异，可诱导不同代谢状态并影响血压、肠道结构完整性、免疫调节等功能。添加膳食干预能显著调节这些饮食诱导的变化。

引言

婴幼儿期及成人饮食、抗生素使用和分娩方式等因素均会影响人类肠道菌群。手术操作及其相关环节（如术前肠道准备、血管活性药物使用等）也可能导致菌群变化。遗传易感性和共病状态决定菌群失调程度，这种失调可能引发多种继发症。目前高碳水化合物饮食对人类肠道菌群的影响尚缺乏研究，本综述旨在阐明啮齿动物模型中碳水化合物负荷饮食引起的菌群变化，为相关研究提供基础。

人类肠道菌群主要由拟杆菌门和厚壁菌门主导，结肠菌群在健康与疾病状态中研究最为深入。F/B比值的变化与多种疾病相关，这种菌群组成改变称为肠道菌群失调，可能影响短链脂肪酸（SCFAs）产生，进而对肠道黏膜生物学产生深远影响。菌群失调还与肥胖、2型糖尿病和帕金森病等疾病相关。

小鼠与人类在菌属水平具有相似细菌，但定量存在差异。约1500种细菌存在于人类肠道，而小鼠仅发现100种。不过两者在门和科水平具有相似细菌组成，拟杆菌门和厚壁菌门同样是小鼠菌群中最丰富的细菌。值得注意的是，不同小鼠品系、饲养条件和饮食干预都会导致菌群差异。

饮食对人和啮齿动物肠道菌群具有关键影响。高脂饮食可能增加F/B比值，提高乳酸菌和双歧杆菌数量；高碳水化合物饮食则可能通过增加变形菌门和脱硫弧菌科诱导菌群失调。小鼠实验中，高蔗糖饮食会导致胰岛素抵抗和葡萄糖耐受不良，而日益增长的果糖摄入与妊娠期高血压等不良结局相关。随着全球碳水化合物摄入量增加及其与代谢疾病的关联，理解碳水化合物负荷的影响机制变得至关重要。

材料与方法

本综述遵循PRISMA指南，检索Cochrane Library等五大数据库，使用特定检索策略。纳入标准包括：以碳水化合物负荷饮食喂养的动物模型研究，且评估了肠道菌群组成。排除非动物研究、无碳水化合物负荷饮食或未评估菌群组成的研究。采用SYRCLE工具评估偏倚风险，涵盖序列生成、基线特征等10个领域。

结果

检索与特征

PRISMA流程图显示从99篇文献中最终纳入17项研究，涉及超过690只啮齿动物。所有研究均使用雄性啮齿动物（除一项使用雌性小鼠外），年龄在3-12周不等。研究采用了C57BL/6、Wistar大鼠、叙利亚仓鼠等多种模型。饮食类型包括高蔗糖（6项）、高果糖（5项）及混合型碳水化合物饮食。

结果概要

研究显示碳水化合物负荷饮食会改变菌群组成、多样性和比例。所有高脂饮食（除淀粉类外）均提高F/B比值——这与人类肥胖相关；而低脂碳水化合物饮食不提高F/B比值，但会产生从有益到有害的多样化菌群效应，具体取决于碳水化合物类型。蔗糖基饮食（无论高脂或低脂）均增加F/B比值，而低脂果糖饮食不增加该比值。

在门水平上，高脂蔗糖饮食以坦纳菌科（拟杆菌门）和瘤胃球菌科（厚壁菌门）为主；高脂果糖饮食显著改变菌群组成但不增加总体多样性；低脂果糖饮食则增加疣微菌门（含具有黏膜屏障保护作用的Akkermansia muciniphila）。淀粉类高脂饮食持续降低F/B比值，这与炎症性肠病而非肥胖更相关。

干预效果

13项研究考察了干预措施：

• 二甲双胍：逆转高脂高果糖/高蔗糖饮食引起的菌群变化，增加Akkermansia muciniphila等有益菌

• 益生菌/益生元：增加乳酸菌、双歧杆菌等SCFAs产生菌，改善炎症和糖代谢

• 褐藻多糖：恢复F/B比值，增加Barnesiella等抗炎相关菌属

• 核桃青皮多糖：逆转高果糖饮食影响，增加Allobaculum等SCFAs产生菌

• 鲱鱼糜水解物：不同成分分别促进Dubosiella或乳酸菌生长

值得注意的是，并非所有干预均有效：姜黄素未能逆转高碳水高脂饮食引起的菌群变化；高剂量白藜芦醇甚至增加链球菌等潜在有害菌。

讨论

饮食影响机制

高碳水化合物饮食通过改变菌群SCFAs产生、胆汁酸代谢等途径影响宿主健康。高脂饮食与F/B比值升高存在强关联，而碳水化合物类型决定具体菌群变化模式。例如蔗糖普遍增加F/B比值，果糖则与脂肪含量密切相关——高脂配方提高该比值，低脂配方则增加疣微菌门和Parabacteroides等有益菌。

菌群功能影响

菌群变化与多种病理生理过程相关：

• 高脂高糖饮食降低产丙酸菌群，促进脂肪堆积

• 高果糖饮食通过增加ADMA/SDMA损害血管内皮功能

• 黄油基高糖饮食破坏肠道屏障，通过脑肠轴影响摄食相关基因表达

  传统日式饮食（富含海藻、绿茶等）则增加产SCFAs菌群，减少内脏脂肪相关菌属。

研究局限性

不同啮齿动物品系对相同饮食反应存在差异：高脂高果糖饮食在Wistar大鼠中显著减少厚壁菌门，而在C57BL/6小鼠中仅降低拟杆菌门。这提示未来研究需考虑品系特异性反应，并开展更高分辨率的菌群分析（如菌种水平或代谢组学）。

结论

本综述阐明碳水化合物负荷饮食通过特定模式改变肠道菌群，其中高脂饮食普遍提高F/B比值，而低脂饮食效果取决于碳水化合物类型。二甲双胍、海洋褐藻多糖等干预措施显示出调节潜力。未来研究需在人类中验证这些发现，并考虑年龄、地域等混杂因素。深入理解菌群-饮食互作机制，将为代谢性疾病的精准营养干预提供重要依据。