健康成人肠道微生物组中植物与黏蛋白降解基因的饮食相关性及其与胃肠道炎症的关联研究

推荐：本研究通过分析330名健康美国成年人的膳食数据与粪便宏基因组，首次揭示膳食纤维摄入量与肠道微生物碳水化合物活性酶(CAZyme)多样性的正相关性，创新性提出Muc2Plant(黏蛋白/植物降解酶比值)指标，证实其与BMI、性别及胃肠道炎症标志物(calprotectin/neopterin)显著相关，为通过膳食干预调节微生物功能预防亚临床炎症提供新靶点。

　　

在人类与微生物共演化的漫长历程中，肠道菌群发展出远超宿主自身能力的碳水化合物代谢系统。尽管已知碳水化合物活性酶(CAZyme)在炎症性肠病、肥胖等疾病中异常表达，但健康人群肠道微生物CAZyme的个体差异及其与饮食的关系仍是未解之谜。更关键的是，当膳食纤维不足时，微生物转向降解宿主肠道黏蛋白的恶性循环如何影响健康，这一机制尚缺乏人群实证。Sarah E. Blecksmith团队在《The Journal of Nutrition》发表的研究，为这些科学问题提供了重要答案。

研究人员采用多组学联用策略，对USDA营养表型研究队列中285名18-65岁健康成年人进行分析。关键技术包括：通过ASA24系统和FFQ问卷采集近期与习惯性膳食数据；使用Illumina NovaSeq平台进行粪便样本宏基因组测序；基于CAZy数据库注释GH/PL酶家族；建立新型Muc2Plant指标（黏蛋白特异性CAZyme/植物特异性CAZyme比值）；结合ELISA检测粪便calprotectin、neopterin等炎症标志物；应用TaxaHFE特征工程和随机森林模型挖掘预测因子。

CAZyme多样性在健康成年人中存在显著差异

宏基因组分析显示个体间CAZyme多样性差异显著，平均检出65.1个糖苷水解酶(GH)家族，但植物特异性CAZyme数量波动达5-34个。值得注意的是，这种差异与年龄、性别无关，暗示饮食可能是主要驱动因素。

膳食纤维长期摄入塑造CAZyme图谱

能量校正后的习惯性总纤维和可溶性纤维摄入，与植物CAZyme香农多样性指数显著正相关（调整R²=0.015-0.017）。而近期膳食纤维摄入却无此关联，提示微生物酶系统的建立需要长期饮食模式塑造。粪便pH与CAZyme多样性负相关（p<0.001），为"纤维发酵增强"假说提供佐证。

炎症关联呈现双面性

植物CAZyme多样性越高，反映中性粒细胞浸润的粪便髓过氧化物酶(MPO)越低，但干扰素γ激活标志物neopterin反而升高。这种看似矛盾的发现提示，高CAZyme多样性可能推动黏膜免疫向针对胞内病原体的1型免疫偏移。

Muc2Plant揭示健康隐患

创新性指标Muc2Plant显示出明确的临床价值：女性显著高于男性（p=0.035），且与BMI正相关（R²=0.028）。更重要的是，该比值与两种炎症标志物强相关——粪便钙卫蛋白（调整R²=0.038）和neopterin（调整R²=0.071），表明黏蛋白降解优势的微生物组成会激活混合型黏膜免疫反应。

马铃薯与微生物的防护作用

机器学习模型识别出关键预测因子：马铃薯摄入与较低Muc2Plant相关，而毛螺菌科(Lachnospiraceae)某些菌种（如Ruminococcus bicirculans）的丰度升高也具有保护效应。这为通过特定膳食成分调控微生物功能提供了精准线索。

这项研究突破了传统"增加CAZyme多样性即有益健康"的认知局限，首次在健康人群中发现：微生物底物选择偏好（而非单纯酶多样性）才是影响黏膜免疫平衡的关键。提出的Muc2Plant指标为营养干预提供了可量化靶标，其与BMI、性别的关联提示个性化营养的必要性。尽管膳食纤维与植物CAZyme的正相关印证了"用进废退"法则，但Muc2Plant与饮食缺乏明显关联的发现尤为珍贵——它暗示一旦形成黏蛋白降解优势的微生物生态，常规膳食调节可能收效甚微，这为开发针对性的益生菌/益生元联合干预策略指明方向。这些发现对预防亚临床炎症进展为慢性肠病具有重要公共卫生意义。