《TRENDS IN FOOD SCIENCE & TECHNOLOGY》：The role of plant sterols in modulating the gut microbiota: implications for health and disease
编辑推荐：
植物甾醇（PS）通过胆汁酸和短链脂肪酸（SCFAs）间接调控肠道菌群（GM）；PS降低产胆盐水解酶（BSH）细菌丰度，增加胆汁排泄并降低胆固醇；PS在肠道微生物转化中竞争性优于胆固醇，逆转菌群失调；GM在PS改善脂代谢功能障碍和结肠炎方面发挥因果作用。
植物甾醇（PS）通过胆汁酸和短链脂肪酸（SCFAs）间接调控肠道菌群（GM）；PS降低产胆盐水解酶（BSH）细菌丰度，增加胆汁排泄并降低胆固醇；PS在肠道微生物转化中竞争性优于胆固醇，逆转菌群失调；GM在PS改善脂代谢功能障碍和结肠炎方面发挥因果作用。
研究背景：植物甾醇（PS）包括植物甾醇和植物甾烷醇，是具有类固醇骨架结构（C28和C29碳醇）的天然化合物，与胆固醇存在结构同源性。食品中主要形式为β-谷甾醇、菜油甾醇和豆甾醇，坚果、植物油和全谷物谷物是主要膳食来源。膳食摄入量通常从地中海饮食模式的325 mg/天到素食饮食的600 mg/天不等。然而，当前欧洲健康声称规定每日至少摄入800 mg游离PS才能维持正常胆固醇稳态，1.5-3.0 g/天方可产生低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C）降低效果（6-12%）。鉴于这些剂量显著超过习惯性膳食摄入，PS补充对于降胆固醇效应至关重要，可通过食品补充剂或强化食品实现。欧洲法规授权在多种食品类别中强化PS，包括乳制品饮料、涂抹酱、植物基饮料（大豆、谷物、大米、水果）、发酵乳制品、黑麦面包和调味品。在这些补充策略中，PS以游离甾醇或甾醇酯形式加入，两种形式消化过程略有差异，但降胆固醇功效相当。无论膳食摄入形式如何，PS发挥血清胆固醇降低效应的主要机制是竞争性抑制肠道胆固醇吸收。该机制导致更多膳食胆固醇到达结肠，可被肠道菌群（GM）进行细菌代谢。产粪甾醇细菌可将胆固醇代谢为多种衍生物，主要为粪甾醇，其与细胞毒性和结肠癌相关。此外，GM对胆固醇的广泛代谢与菌群失调和不良代谢结局相关。在此背景下，PS消费可能通过增加到达结肠的膳食胆固醇量而对GM和肠道健康产生间接不良影响。然而，多项研究表明，在PS含量升高的情况下，GM优先代谢PS而非胆固醇。鉴于PS肠道吸收率低于2%，膳食PS补充为细菌优先代谢PS而非胆固醇创造了有利环境。这种代谢转变可能通过减少胆固醇相关不良效应而赋予肠道健康益处。然而，该方面表征不足，因为很少有研究探讨PS衍生细菌代谢物对结肠健康的作用。Makran等人（2023）的最新发现表明，β-谷甾醇的GM衍生代谢物乙基粪甾醇具有细胞保护效应，提示潜在益处。一致地，一项纳入3,615名参与者的病例对照研究发现，较高的PS膳食摄入与结直肠癌风险降低约50%相关。除代谢物效应外，PS消费已被报道可调节胆汁酸代谢。然而，这些效应的机制解释仍存在争议，值得批判性评估，因为胆汁酸代谢是连接胆固醇稳态与GM组成和功能的关键调控节点。越来越多的证据强调GM调节在增强健康人群整体健康状况和生理韧性方面的作用。在非疾病背景之外，GM在心血管疾病（CVD）等慢性疾病的预防和管理中发挥关键作用。炎症性肠病（IBD）是另一个因患病率上升而日益具有临床相关性的疾病，GM在其发病机制和管理中均发挥基础性作用。此外，GM还涉及癌症的发生和预防，癌症与CVD合计约占全球死亡率的50%。值得注意的是，近期研究为PS在这些生理背景下对GM组成和功能的影响提供了有价值的见解，有必要对PS-GM相互作用进行深入综述。虽然既往系统综述和荟萃分析已考察PS对血脂谱、血糖稳态、体重、全身性炎症、血压和肠道抗增殖活性的影响；叙述性综述已涉及PS结肠代谢、微生物甾醇生物转化、膳食脂质-微生物群互作、PS胃肠道益处、脂肪酸介导的PS肠道吸收调节和PS糖脂调节。然而，迄今为止，尚无综述综合PS诱导的GM调节在不同病理生理背景下的表现，也未比较它们之间背景依赖性的微生物响应。上述综述涉及PS-GM关系的相关但孤立的方面，未整合PS在健康和疾病中GM介导的效应。这代表了一个关键的知识空白，因为GM介导的机制可能在PS发挥健康促进效应中起重要作用。因此，本系统综述旨在深入了解膳食PS补充对GM组成和功能的潜在有益效应及其与慢性疾病预防和管理以及非疾病背景下健康促进的关系。
研究方法：本系统综述按照PRISMA指南进行，并在国际前瞻性系统综述注册平台（PROSPERO）注册，注册号为CRD420261301487。研究人员对近期综述和PubMed MeSH数据库进行了初步检索，以确定相关关键词和同义词，确保全面的文献覆盖。文献检索在PubMed、Scopus和Web of Science数据库中进行，使用关键词（"plant sterol*" OR "plant stanol*" OR phytosterol* OR phytostanol*）AND（microbiota OR "gut microbiota" OR "colon microbiota" OR "intestinal microbiota" OR microbiome OR "gut microbiome" OR "colon microbiome" OR "intestinal microbiome"），按标题、摘要和关键词检索。未应用年份或语言限制。检索于2026年2月进行。检索获得PubMed 110条记录、Scopus 196条、Web of Science 184条。去除重复后，230条独特记录经标题和摘要筛选，必要时经全文审查。纳入标准包括评估PS摄入对GM组成影响的原创研究文章，包括体外和体内临床前研究以及临床试验。将PS与其他生物活性化合物（如低聚半乳糖、β-葡聚糖）联合给药而无单独接受PS的独立治疗组的研究被排除，因为此类设计无法将观察到的效应特异性地归因于PS。此外，使用基于培养的微生物学技术而非分子方法表征微生物群组成的研究被排除，因为此类方法仅捕获GM的可培养部分，不能提供全面的群落水平评估。根据标题和摘要筛选后，28篇文章被选中进行全文评估。在此阶段，未排除任何研究。这28项研究中，4项为使用人类粪便接种物的体外研究，21项为体内动物研究，3项为人体临床试验。值得注意的是，这28项研究中有8项未进行GM测序；然而，由于对微生物衍生代谢物进行了全面定量，提供了PS摄入后GM代谢活性的有价值信息，故被纳入。初步筛选和全文评估由两名研究人员独立进行，分歧通过讨论和共识解决。偏倚风险评估使用经验证的仪器对每种实验设计进行评估。临床试验通过Cochrane偏倚风险2（RoB 2）工具评估，该工具检查五类潜在偏倚：随机化过程、对预期干预的依从性、结局数据的完整性、结局测量的准确性以及报告结果的选择性。每个类别获得分类（低风险、一些担忧或高风险），从而基于RoB 2算法进行整体偏倚风险评估。临床前研究使用SYRCLE仪器评估，该工具分析十项方法学标准：序列生成充分性、基线特征可比性、分配隐藏、饲养随机化、照护者和研究者盲法、结局评估随机化、结局评估者盲法、不完整结局数据、选择性报告和其他偏倚来源。两名独立研究人员进行偏倚风险评估，分歧通过讨论直至达成共识。
研究结果：
3.1 PS对健康模型的影响
在健康模型中，膳食PS补充可在其已确立的降胆固醇效应之外提供额外的GM相关健康益处。使用健康人类粪便微生物群的体外研究表明PS补充后GM响应不同。Cuevas-Tena等人（2018b）使用健康供体粪便接种物进行PS体外静态结肠发酵，报告Erysipelotrichaceae科丰度降低，同时促进未表征的S-24 Bacteroidota科成员和Eubacterium hallii，并伴随Flavonifractor plautii和Allobaculum物种的减少。进一步使用动态体外系统TIM-2（Cuevas-Tena et al., 2019b）揭示Catenibacterium和Coprococcus属增加，而Collinsella和Slackia减少。在另一项使用动态结肠消化器的研究中，Blanco-Morales等人（2021）也证明微生物生态系统改变，横结肠和降结肠中Bacteroidota门减少，Lachnospiraceae科及Bifidobacterium和Megasphaera属增加。最近，Faubel等人（2025）观察到Bacillota和Actinomycetota门增加，主要由Lactobacillus和Bifidobacterium属表征，同时Pseudomonadota减少。这些多样化的响应表明PS对GM的效应可能受发酵方法、结肠隔室位置、食品基质和基线GM组成的影响。然而，这些变化一致地倾向于更健康的GM谱，提示PS在非疾病背景下作为益生元调节剂的潜力。Ye等人（2024）研究了PS和PS酯对健康C57BL/6小鼠生长性能、血液生化和GM的影响。关于GM，Shannon多样性指数保持不变，属水平修饰适度，尽管β多样性显示分离的聚类。PS处理降低Bacteroidota，而PS和PS酯增加Verrucomicrobiota。PS和PS酯均显著增加Akkermansia丰度，PS降低Muribaculaceae。这些GM变化与显著代谢改善（包括总胆固醇和甘油三酯水平降低）平行发生。此外，PS和PS酯补充增加免疫球蛋白A水平和超氧化物歧化酶活性，同时降低炎症标志物CXCL1和CXCL2，表明在无病理条件下免疫功能增强。甾醇结肠转化模式揭示在健康供体体外研究中微生物优先代谢PS而非胆固醇。Cuevas-Tena等人（2018b）显示PS补充增加PS结肠代谢物（乙基粪甾醇、乙基粪甾酮、甲基粪甾酮和豆甾烯醇），而未观察到胆固醇代谢物的显著形成。Blanco-Morales等人（2021）主要检测到β-谷甾醇和菜油甾醇代谢产生的乙基粪甾醇和甲基粪甾酮增加，同时胆固醇代谢物形成减少。这些代谢转变与特定GM变化相关，如Eubacterium hallii和Lachnospiraceae科丰度增加。Faubel等人（2025）是唯一证明有限PS代谢的研究，仅β-谷甾醇转化为谷甾烯酮。这种受限的生物转化可能源于PS嵌入高纤维食品基质（黑麦面包）中，纤维主导的益生元效应可能通过底物竞争掩盖PS的GM调节活性。总之，这些发现提示PS补充可能具有益生元效应，同时限制细菌胆固醇代谢。除胆固醇代谢外，PS补充与健康供体GM结肠发酵模型中短链脂肪酸（SCFA）产生增加相关。总体而言，PS补充在所有研究中诱导一致的分类学修饰。产胆盐水解酶（BSH）细菌，包括Lactobacillus、Bifidobacterium、Akkermansia、Megasphaera和Lachnospiraceae科成员（如Eubacterium hallii和Coprococcus），在健康供体GM粪便样本体外结肠发酵后丰度显著增加。唯一评估PS人造黄油补充后GM组成的临床试验（Baumgartner et al., 2017）未阐明上述任何假设，因为未观察到微生物群落结构的显著改变。尽管一些研究者将此无效结果归因于统计效力不足，但仅给予植物甾烷醇值得作为替代解释因素考虑。应注意，本综述中考察PS-GM相互作用的所有其他临床和临床前研究均使用仅含或主要含植物甾醇的制剂。由于植物甾醇构成微生物生物转化的益生元底物，而植物甾烷醇代表该代谢的饱和终产物，植物甾醇的缺失可能从根本上阻止了可检测的GM调节。尽管如此，积累的证据表明PS补充在健康人群中赋予有益益生元效应，促进健康相关属的扩增并培育有利的结肠代谢谱，其特征为SCFA产生增强和胆固醇生物转化减弱。
3.2 PS对脂代谢功能障碍模型的影响
3.2.1 PS恢复动物模型肠道菌群的潜力
高脂饮食（HFD）诱导的代谢功能障碍模型中PS补充在GM中显示显著一致的模式，尽管方法学存在显著差异。总体而言，HFD诱导的代谢功能障碍一致触发血清脂质失调和GM改变。在所有研究中，与HFD对照相比，PS补充一致改善α多样性指数，Chao1、Shannon、ACE、Simpson和Sobs指数均有显著增强。β多样性分析揭示部分至完全恢复至HFD对照水平，PCoA图证明PS处理组与HFD对照清晰分离。同时，PS干预实现血清脂质谱的实质性改善，总胆固醇降低约16%至60%，LDL-C或非高密度脂蛋白胆固醇（non-HDL-C）降低27%至78%。在分类学上，PS补充显著改变GM组成。PS显著增加Pseudomonadota、Bacteroidota、Bacillota和Actinomycetota。PS还增加产SCFA和健康相关属的相对丰度，包括Roseburia、Bifidobacterium、Eubacterium、Anaerostipes、Coprococcus、Bacteroides、Prevotella、Lactobacillus和Akkermansia。此外，一些研究表明PS补充降低产BSH细菌如Lactobacillus、Lactococcus、Streptococcus、Enterococcus、Clostridium、Escherichia、Streptococcaceae、Eggerthella、Allobaculum和Akkermansia，以及其他属包括Desulfovibrio、Lachnospiraceae_NK4A136_group和Faecalibacterium。
3.2.2 PS对肠道菌群调节与降胆固醇相关效应的影响
多项研究观察到的一致模式提示PS介导的GM组成调节和降胆固醇效应可能是HFD诱导代谢功能障碍的机制相关响应。所有干预均证明微生物多样性参数恢复与血清胆固醇水平显著降低同时发生。GM在PS介导的降胆固醇效应中的因果作用已通过粪菌移植（FMT）研究证实。Lv等人（2023）应用抗生素处理及后续FMT，证明GM耗竭消除了PS的降脂效应。类似地，Zhang等人（2026）证明抗生素诱导的GM耗竭取消了β-谷甾醇的降胆固醇效应，而肠道胆固醇吸收抑制未受影响。此外，FMT证明从PS处理供体移植的GM可在抗生素预处理的受体小鼠中重现有益脂质效应。Zhang等人（2022）证明从豆甾醇处理供体进行FMT显著降低受体大鼠血清胆固醇水平和内脏脂肪重量，同时恢复微生物多样性和部分正常化胆汁酸代谢基因表达。这些发现表明PS的降胆固醇效应可能由GM调节。虽然确切机制尚未一致确定，但产BSH细菌通过其在胆汁酸代谢中的作用参与胆固醇稳态，这对胆固醇代谢具有深远意义，因为胆汁酸合成约占体内总胆固醇消除的90%。胆汁酸不仅作为脂质消化和吸收的重要介质，还作为促进宿主-微生物群互作的关键信号分子。初级胆汁酸在肝脏中由胆固醇合成，并与甘氨酸或牛磺酸结合形成结合胆汁酸。约3-5%逃逸重吸收到达结肠，成为肠道微生物代谢的底物。在HFD条件下胆汁分泌增加，可能超过ASBT容量并增加胆汁酸向结肠的输送。一旦结合胆汁酸到达结肠，GM通过BSH介导的解结合这一关键第一步启动一系列生物转化，增加胆汁酸池多样性。关于饮食如何影响GM组成、BSH活性和胆汁酸池之间的关系以及如何转化为降胆固醇潜力和对宿主健康的有益效应，存在相互矛盾的报道。PS对GM调节的影响——影响BSH活性进而影响胆汁酸代谢——构成PS降胆固醇潜力的核心假设，与通过竞争肠道胶束形成直接减少胆固醇吸收从而增加胆固醇排泄的机制并存。产BSH细菌丰度降低可能通过增强胆汁酸粪便排泄和刺激肝脏代偿性合成来促进血清胆固醇降低。Lv等人（2023）报道PS补充后产BSH细菌Lactobacillus、Lactococcus、Streptococcus和Bacillus的减少与总胆固醇和LDL-C呈正相关，与HDL-C呈负相关。然而，其他出版物将高产BSH细菌如Lactobacillus与动物模型中通过调节胆汁酸合成途径降低胆固醇水平相关联。综合这些发现，研究人员认为胆汁酸合成、结肠重吸收和粪便排泄的调节，由产BSH细菌和BSH产物介导，构成PS-GM介导胆固醇降低的生理学一致机制。此外，一项纳入阿托伐他汀作为药理学降胆固醇比较的研究显示，尽管产生与PS相当的降脂效应，但GM改变相对温和且无显著抗动脉粥样硬化效应，而PS补充伴随GM实质性调节减少斑块形成。这种胆固醇降低与抗动脉粥样硬化效应之间的分离强调了GM调节对心血管保护的重要性。除胆汁酸代谢调节外，PS干预还揭示其他潜在贡献于降胆固醇效应的GM相关机制，包括增强SCFA产生、肠道屏障功能、减少三甲胺（TMA）含量和胆固醇硫酸化。
3.2.3 甾醇结肠代谢：从体外到体内研究
与小鼠模型不同，使用人类粪便接种物评估脂代谢功能障碍背景下PS-GM相互作用的临床和体外研究主要集中于结肠甾醇代谢。Cuevas-Tena等人（2019b）使用TIM-2体外发酵评估肥胖和瘦受试者GM对PS补充（2 g/天）的响应。甾醇代谢揭示瘦和肥胖供体GM样本之间的不同代谢模式。PS补充后，肥胖微生物群中粪甾醇和胆甾烷醇浓度增加，而瘦受试者中粪甾醇降低。瘦受试者GM表现出更优的菜油甾醇代谢能力，产生显著更高水平的甲基粪甾酮。β-谷甾醇代谢能力在两组中相似。应注意，两种GM谱均显示优先代谢PS而非胆固醇，表明高PS可用性条件下竞争性底物利用。在绝经后轻度高胆固醇血症女性消费PS强化饮料（2 g PS/天，6周）后，粪便PS和代谢物浓度显著增加，同时粪甾醇排泄减少，证实人体中GM优先利用PS而非胆固醇。重要的是，人体研究未测定PS对GM的影响，阻止了PS-GM相互作用的临床评估，尽管已在体外和动物模型中评估。在Cuevas-Tena等人（2019b）的体外研究中，PS消费后，瘦受试者样本中微生物群组成显示Catenibacterium和Coprococcus属增加，Collinsella和Slackia减少，而肥胖受试者GM显示Clostridium增加和Christensenellaceae科减少，证明根据宿主人体测量学状态的特定响应。虽然动物研究显示PS调节产BSH细菌降低的趋势，但人类粪便GM体外研究显示产BSH细菌既有增加也有减少，尽管动物研究之外的证据仍非常有限，临床试验未评估GM组成。未来精心设计的人体研究应通过整合GM组成和完整代谢物谱（包括甾醇、胆汁酸和SCFAs）分析来弥补这一空白。
3.3 健康与脂代谢功能障碍模型中PS-肠道菌群相互作用的差异
尽管健康与脂代谢功能障碍模型之间观察到不同的分类学响应，但两种背景共享共同的代谢模式：在高PS可用性条件下GM优先代谢PS而非胆固醇。这种竞争性底物利用在使用健康和肥胖供体粪便GM的体外发酵研究以及高胆固醇血症受试者的临床研究中一致观察到，提示该代谢模式独立于基线代谢状态发生。在脂代谢功能障碍中，血清胆固醇失调主要源于肝脏合成失调而非膳食摄入，因此GM介导的降胆固醇效应可能发挥更大影响。相反，在健康受试者中，胆固醇稳态与膳食摄入更密切相关，PS可能主要通过已确立的主要机制（抑制肠道胆固醇吸收）而非GM调节发挥降胆固醇效应。PS-GM相互作用的这种背景依赖性强调了在设计膳食干预和将临床前发现外推至临床应用时考虑基线代谢状态的重要性。
3.4 PS对炎症-结肠炎模型的影响
评估PS在DSS诱导结肠炎模型中疗效的研究，采用不同方案和制剂，均证明显著临床改善包括疾病活动指数（DAI）评分降低、结肠长度保持和组织病理学损伤改善。GM作为这些益处的关键介质的作用已通过多种实验方法研究。豆甾醇处理显著恢复DSS诱导结肠炎中的GM多样性，所有α多样性指数（Sobs、ACE、Shannon、Chao）均增加。多变量分析确认治疗组之间清晰分离，表明GM组成实质性改变。豆甾醇显著增加多种产SCFA和抗炎属的丰度：Ruminococcus与调节性T（Treg）细胞分化密切相关；Prevotella产生抗炎代谢物并促进Treg/1型调节性T分化同时减少辅助性T 17（Th17）极化；Helicobacter调节Treg/Th17平衡并诱导巨噬细胞向抗炎M2表型极化；以及产SCFA属包括Odoribacter、Paraprevotella、Oscillospira、Butyricicoccus、Turicibacter和Clostridium簇IV和XIVa。此外，豆甾醇显著减少潜在致病属如Escherichia、Enterococcus、Streptococcus和Allobaculum。GM在PS介导结肠炎保护中的因果作用通过抗生素耗竭实验确立，该实验完全消除了豆甾醇对所有参数的保护效应。此外，从豆甾醇处理供体进行FMT在受体小鼠中重现治疗益处，确认GM介导抗炎效应的可转移性。机制上，豆甾醇诱导的GM修饰增加SCFA产生，特别是丁酸，其激活CD4+ T细胞上的过氧化物酶体增殖物激活受体γ（PPARγ）。PPARγ激活触发从糖酵解到氧化磷酸化的代谢重编程，促进调节性Treg分化同时抑制Th17细胞。这种PPARγ依赖性机制使用IBD患者初始CD4+ T细胞确认，其中丁酸诱导的Treg增强被PPARγ抑制剂GW9662完全消除。PS还在结肠组织中展现直接抗炎效应，包括细胞因子调节（降低TNF-α、IL-6、IL-1β、IL-8；增强IL-10、TGF-β）、NF-κB抑制、降低氧化应激标志物（丙二醛、活性氧、髓过氧化物酶）和恢复肠道屏障完整性。
3.5 PS对癌症模型的影响
研究PS在不同癌症模型中效应的包括乳腺癌、结肠癌和肝癌。所有癌症模型报告严重基线GM破坏，超过其他模型中观察到的菌群失调。Han等人（2021）显示荷瘤小鼠中Bacteroidota显著减少和Bacillota门增加，而Ma等人（2019）记录全面的多样性崩溃（441至184共享OTUs）。类似地，Huo等人（2024）观察到Bacillota和Actinomycetota门丰度改变。这种严重破坏可能反映肿瘤介导的免疫功能障碍和全身性炎症深刻改变肠道稳态。PS干预使GM组成向健康或非荷瘤对照恢复，尽管基线严重改变，无论剂量（60-200 mg/kg/天）和PS化合物（β-谷甾醇、豆甾醇或胡萝卜苷）如何。Ma等人（2019）证明谷甾醇处理在30天内将Bacteroidota和Bacillota丰度恢复至接近正常水平，而Huo等人（2024）显示21天内多样性显著改善（Simpson指数）。癌症模型中最显著的发现是PS补充后Lactobacillus的显著富集。Ma等人（2019）报道L. pentosus显著增加（26-166倍增加），而Huo等人（2024）证明L. johnsonii、L. murinus和L. reuteri显著富集。这种Lactobacillus增殖与通过升高SCFA产生和其他介导抗肿瘤效应的代谢物抑制肿瘤生长相关。直接机制证据通过证明分离的SCFAs（20 mM乙酸、丙酸和丁酸混合物）和L. pentosus代谢物在体外诱导抗增殖效应提供。Western blot分析确认这些SCFAs通过PI3K/Akt通路抑制和caspase激活诱导癌细胞系凋亡。此外，Han等人（2021）提供SCFA产生的空间分析，显示胡萝卜苷处理增加结直肠段和粪便中的丁酸，同时减少小肠中潜在有害的乙酸。不同癌症类型显示影响PS响应性的不同GM特征。乳腺癌模型显示优先Bacteroidota恢复，与减少的雌激素代谢细菌和改善的肿瘤激素谱相关。肝细胞癌模型显示Akkermansia muciniphila丰度增强，与改善的肠道屏障功能和减少的肝脏炎症相关。结直肠癌模型 exhibit最强烈的Lactobacillus响应，可能由于靶器官中直接的PS-GM相互作用。干预部位与肿瘤位置的接近可能解释结直肠模型实现最显著的SCFA增加和抗肿瘤效应。
3.6 PS作为跨病理生理背景的肠道菌群间接调节剂
膳食PS补充后，无论生理背景如何，PS与胆固醇竞争进入混合胶束，增加到达结肠的胆固醇和PS量，从而影响GM。然而，本综述中描述的分类学和功能响应在健康、脂代谢功能障碍、结肠炎和癌症模型中不同。少数属在不同背景下一致变化，一些如Lactobacillus和Akkermansia甚至在同一背景下显示相反响应。这些模式主要来自动物模型以及健康背景下人类粪便微生物群的体外结肠发酵。胆固醇和PS一起到达结肠并被同一组细菌或与Clostridium簇IV和产SCFA菌相关的非常相似的低丰度组代谢。因此，它们效应的分歧源于产生的代谢物而非涉及的细菌。胆固醇转化的疏水中间体，主要为胆甾烯酮和粪甾酮，对结肠细胞具有细胞毒性，而乙基粪甾醇——β-谷甾醇的主要代谢物——无细胞毒性甚至可能发挥细胞保护效应。尽管尚未深入探究，PS衍生的GM代谢物可能不同于胆固醇衍生的代谢物，是非细胞毒性的。然而，本综述中PS补充后富集的主要健康相关属如Lactobacillus并非甾醇转化细菌而是产BSH细菌，因此其增加最可能是间接而非直接底物效应，尽管这些属在其他研究中减少。这种间接机制需要其他甾醇转化和产SCFA细菌，其在健康和脂代谢功能障碍模型中存在。在这些模型中，GM优先代谢PS以及伴随的细胞毒性胆固醇代谢物形成减少，保持结肠上皮完整性并防止黏膜炎症和氧化应激，从而促进健康相关属的增加。相反，在结肠炎和癌症中，菌群失调环境更为显著，多样性和丰富度更低，甾醇转化细菌大幅减少甚至缺失。因此，益处不能源自PS的微生物代谢和随之的细胞毒性降低。相反，可能由于PS直接的肠道抗炎和抗氧化效应，这得益于膳食补充后其高结肠浓度。通过减少黏膜炎症、氧化应激和屏障通透性，PS减少兼性厌氧菌的增殖并允许残余的产丁酸和甾醇转化微生物群落恢复。反过来，恢复的丁酸产生激活结肠细胞PPARγ并驱动β-氧化，恢复限制兼性厌氧菌如Enterobacteriaceae的上皮缺氧。一致地，Streptococcus、Enterococcus和Escherichia在多个生理背景中减少。除这些促进PS补充后更健康GM的初始机制外，甾醇转化细菌继续代谢PS。由此产生的有益效应似乎主要通过胆汁酸代谢和SCFA产生介导，而宿主生理背景决定各途径的相对贡献。胆汁酸合成是胆固醇消除的主要途径，胆汁酸还作为FXR和TGR5的配体调节肝脏脂质和胆固醇稳态。因此，胆汁酸已被确定为脂代谢功能障碍模型中连接GM调节与健康益处的关键介质，而在菌群失调和屏障功能障碍主导的结肠炎和癌症中，SCFAs承担这一角色，主要通过丁酸。尽管存在这种背景依赖性，两条途径相互关联。SCFAs还抑制肝脏胆固醇合成并促进胆汁酸排泄，而由BSH活性塑造的胆汁酸池通过FXR和TGR5信号反馈于黏膜炎症并通过脱氧胆酸和其他次级胆汁酸反馈于肿瘤进展。PS诱导的产BSH细菌调节因此可能同时作用于胆固醇、炎症和肿瘤相关信号，尽管这种汇聚尚未被直接研究。然而，在单个属水平解释这些响应可能具有误导性，因为BSH活性具有菌株特异性，一些细菌对GM群落的解结合能力贡献更大。这解释了本综述中脂代谢功能障碍研究中产BSH细菌富集或耗竭的一些明显矛盾，然而定量胆汁酸的研究均汇聚于粪便排泄增强，无论单个属变化如何。此外，PS补充调节产BSH细菌的机制及其对胆汁酸代谢调节的意义尚未被彻底评估，关于此事存在相互矛盾的假设。因此，GM群落的整体代谢能力可能比特定分类群的丰度更为相关，必须使用前沿多组学方法分析微生物组的分类学和功能组成以及相关生态动力学，以理解这些调节背后的潜在分子机制。这些考虑的强度还取决于研究设计。特定属与给定结局之间的相关性——构成本综述大多数证据的基础——不能确立因果作用。最强证据来自干预设计，其中可获得GM调节在宿主健康响应方面的功能知识。在这些研究中，GM参与通过其耗竭（通常用抗生素）和/或通过使用PS处理供体的FMT转移来评估。GM耗竭后PS效应的丧失和从PS处理供体转移GM对受体生物体的有益影响支持GM的关键作用。这些方法仅在脂代谢功能障碍模型中一致应用。在结肠炎中，因果作用在单一综合研究中评估，在癌症模型中，仅报道了SCFAs和PS代谢物驱动效应的体外重现，无体内确认。因此，所提出的框架在脂代谢功能障碍中被证明，在结肠炎中合理但未完全测试，在癌症和健康模型中为假设生成性。然而，在各种生理背景中，一个共同模式突出：间接GM调节。PS可能主要通过减少结肠细胞毒性、炎症和氧化应激作用于肠道屏障完整性水平，最终有利于健康相关属的扩增并贡献于观察到的益处。
3.7 局限性与未来展望
偏倚风险评估揭示研究类型之间的不同特征。临床试验展示可接受的方法学质量，三项研究中两项评为低风险，一项存在一些担忧，主要与偏离预期干预相关。对于临床前研究，识别出分配隐藏、随机饲养和照护者及结局评估者盲法方面系统性不明确风险模式，主要反映不完整的方法学报告而非明显不充分的实验设计。相反，失访和选择性报告偏倚在动物研究中一致评为低风险，表明结局数据充分报告。跨多种PS化合物、剂量和生理模型的一致发现降低了这些方法学不确定性的影响。然而，临床研究仍然有限，未来研究PS-GM相互作用的临床试验需要更大样本量、严格的参与者分层和全面的多组学方法。这些研究应同时评估GM组成、SCFAs产生、粪便和血浆甾醇谱、胆汁酸代谢、血清脂质参数和全身性炎症标志物。这种整合方法对于建立PS消费、微生物群调节和不同病理生理背景下代谢改善之间的因果关系至关重要。除临床前模型固有的方法学局限性外，若干相互关联的因素阻碍PS-GM相互作用向临床实践的转化。首先，微生物甾醇转化能力的个体间变异性引入个体对PS响应性的实质性异质性。其次，剂量-反应关系仍未完全定义。虽然降胆固醇阈值已被充分表征（2.5-3 g/天），但实现一致GM调节及其相关代谢益处所需的剂量仍未知。第三，PS递送的食品基质影响其生物可及性和GM生物转化。最后，背景膳食因素是人体研究中常未控制的潜在混杂因素，可能掩盖PS对GM的特异性效应。明确解决这些障碍应指导未来试验的设计。几项临床前研究评估了两种不同剂量PS的效应，一致观察到剂量依赖性响应，较高剂量展现更大的GM调节效应。然而，这些研究中使用的剂量值得讨论。当标准化为人体等效剂量时，研究中使用的较高剂量近似人类2-2.5 g/天。该范围对应于最大降胆固醇功效的临床公认阈值。然而，本综述中描述的PS的GM调节效应和相关代谢改善可能受益于更高剂量。显著更高的PS剂量（高达8.8 g/天）已在人体研究中证明安全。因此，值得进行更高剂量的研究，至少在动物模型中，以确定此类剂量是否可在此方面提供额外益处。PS以游离或酯化形式存在于食品基质中。游离PS具有两亲性，分布在乳化脂肪滴表面和胶束水相之间。然而，其高熔点促进结晶，除非微粉化，相当部分以分散不良的晶体通过小肠。相比之下，酯化PS显著疏水并保留在脂肪滴内部，需要胰脂肪酶和胆固醇酯酶的序贯水解以释放游离甾醇。由于这种水解不完全，部分酯化PS到达结肠，需要在GM甾醇转化前进行微生物去酯化，这是游离甾醇不需要的额外步骤。酯化脂肪酸的性质进一步调节该步骤，因为它决定腔水解速率和甾醇在腔内的停留时间。食品基质的脂肪含量也起关键作用，因为膳食脂肪驱动胆汁分泌和混合胶束形成。因此，富含脂肪的基质如人造黄油或乳制品有效分散和溶解PS，而低脂水相基质有利于结晶游离甾醇的持续存在。重要的是，由于PS吸收固有较低，高脂食品基质不会实质性改变到达结肠的PS量；相反，它们改变PS到达的物理化学状态（溶解 vs. 结晶）。在固体富纤维基质中，PS可能物理截留于食品结构中。在PS强化全麦黑麦面包的模拟结肠发酵后观察到减弱的PS代谢，其中纤维驱动的益生元活性似乎掩盖了PS的效应。此外，膳食纤维加速结肠转运，缩短甾醇生物转化可用的时间。总之，这些考虑表明食品基质应被视为PS-GM相互作用的主动决定因素而非被动载体。人体研究特有的相关局限性是习惯性背景膳食的混杂影响。胆固醇、纤维和脂肪等的习惯性摄入调节GM的基线组成，可决定PS的效应。关于胆固醇，可用于微生物转化的结肠甾醇池主要来源于未吸收的膳食胆固醇。由于PS的有益效应在很大程度上取决于其相对于胆固醇的优先GM代谢，结肠中胆固醇与PS的比率可调节PS诱导的GM调节。膳食纤维也发挥直接混杂效应，因为它构成GM的主要发酵底物和其基线组成、SCFA输出、腔内pH和转运时间的主要决定因素。对于研究设计，富纤维背景膳食可能掩盖PS可归因的转变。纤维降低结肠pH，从而调节BSH活性和胆汁酸溶解度，加速转运，并可结合甾醇和胆汁酸，所有这些都改变PS生物转化发生的底物环境。然而，尚无证据比较高 vs. 低膳食纤维摄入条件下PS诱导的GM调节，阻止得出结论PS补充是否对GM施加超出纤维单独的有益效应。因此，未来需要此类设计的研究。习惯性脂肪摄入代表另一个混杂因素，主要影响胆汁酸代谢。此外，消费的脂肪类型驱动不同微生物响应，饱和脂肪通常降低微生物丰富度而n-3多不饱和脂肪有利于更有益的谱。这些膳食因素最终汇聚于基线GM，从而影响PS的效应。因此，相同的PS干预施用于不同习惯膳食的个体可能遇到不同的基线GM和底物，产生不同响应，混淆PS效应的归因。还应考虑转化局限性，鉴于所综述临床前研究中使用的实验模型。虽然小鼠模型代表巩固的实验框架，但它们不准确反映人类GM组成。使用人类粪便微生物群的体外研究可解决这一局限性；然而，这些方法固有地缺乏关键的宿主-微生物群互作机制，包括肠肝循环、免疫-微生物群相互作用和肠-脑轴等。在此背景下，用人粪便微生物群定植的人源化悉生小鼠已成为具有改进转化性的有价值的替代。这些模型被认为是GM临床前研究的金标准，因为它们结合人类代表性微生物群落与必要的微生物群-宿主相互作用。然而，这些模型未在检查PS对GM效应的任何研究中使用。未来使用人源化小鼠模型的研究将提供关于PS潜在益生元效应和相关增强代谢响应的更大预测有效性，可转化至人群。GM分析采样部位也是必须考虑的关键方面。在所有综述研究中，研究人员识别出粪便微生物群分析用于推断与产BSH细菌及其对胆汁酸代谢调节影响相关的机制。虽然BSH活性确实可改变胆汁酸组成并影响主动重吸收，但当基于粪便微生物群分析时，此类机制推断的有效性受限。粪便样本主要代表远端结肠微生物群，不能直接反映回肠中的微生物群落组成或代谢活性，而回肠是主动胆汁酸重吸收发生的地方。在此意义上，动物研究对于分析回肠或盲肠等人类无法评估的采样部位有价值，并可提供对胃肠道更近端区域GM组成和代谢活性的重要见解。未来研究在基于粪便GM得出关于部位特异性代谢过程的机制考虑时应谨慎。此外，缺乏标准化的GM谱分析方法是该领域的普遍局限性。GM表征通过广泛的 analytical策略进行，研究在用于评估α多样性的指数（如Shannon、Simpson、Chao1、ACE）、距离度量（如Bray-Curtis相异性、加权和非加权UniFrac、Jaccard指数、欧几里得距离）和用于β多样性的统计检验（如PERMANOVA、ANOSIM、NMDS、PCoA）方面不同。这种方法学异质性阻碍跨研究可比性并强调需要标准化分析框架。此外，甾醇转化能力的个体间变异性可能影响PS功效并值得在未来临床试验设计中考虑。这种变异性已通过根据其GM转化胆固醇多于或少于50%将个体分类为高或低转化者表型来定义。研究揭示胆固醇（10-88%）和β-谷甾醇（4-83%）转化能力的实质性异质性。值得注意的是，PS补充可使个体代谢型从高胆固醇转化者转变为低胆固醇转化者状态，可能反映竞争性底物利用。关键的是，传统小鼠模型固有地缺乏人类中观察到的甾醇转化表型变异性，这一方法学局限性突显了人源化悉生模型的效用，其可反映这些代谢型。胆固醇转化者谱应作为未来临床试验的分层标准纳入，以减少个体间变异性并使能识别人群亚组。多种GM相关机制已涉及PS介导的健康效应，包括胆汁酸调节、胆固醇硫酸化、增强SCFA产生、改善肠道屏障完整性和减少TMA生成。然而，这些途径之间的相对贡献和潜在协同作用在很大程度上未被探索。未来机制研究应解决关键未解问题，如关于经典 vs. 替代肝脏胆汁酸合成途径激活的不一致发现；胆固醇硫酸化对胆固醇消除的定量贡献；比较PS与药理学干预时观察到的降胆固醇与GM调节效应之间的分离；以及在结肠炎模型中直接细胞（NF-κB抑制）和GM介导（丁酸-PPARγ轴）机制是独立还是协同运作。此外，来自孤立病理生理模型的新兴证据提示PS介导的GM调节可能超出本综述涉及的背景。在这方面，PS补充已在食物过敏、2型糖尿病、多囊卵巢综合征和肛周炎症的小鼠模型中证明通过GM恢复介导的有益效应。这些发现虽然初步且源自特定疾病背景，但共同强化了PS-GM相互作用作为具有跨多种系统性疾病潜在应用的治疗轴的多功能性。
讨论与结论：本系统综述首次全面评估PS在不同病理生理背景下对GM的效应，揭示PS-GM相互作用代表一个生物学相关且背景依赖的轴，对慢性疾病预防和健康促进具有重要意义。最稳健的证据来自脂代谢功能障碍模型，其中粪菌移植和抗生素耗竭已确立GM因果参与PS介导的胆固醇降低，PS显示对HFD诱导菌群失调的恢复和预防能力。在结肠炎和癌症模型中，PS-GM相互作用扩展至免疫调节和抗增殖途径，而在健康模型中PS增加健康相关属并促进微生物优先代谢PS而非胆固醇，支持超越病理背景的潜在益生元作用。这些发现强调在设计干预和解释结局时考虑基线代谢和GM状态的必要性。因此，未来研究应优先考虑精心把握效力的临床试验，纳入基于植物甾醇的制剂和全面多组学评估，按胆固醇转化者表型和基线代谢状态分层。
