《Frontiers in Microbiology》：Gut microbiome and functional adaptations to paleo and rational diets in professional athletes: a pilot study
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引言：富含营养的膳食模式被认为是肠道微生物群多样性的重要调节因子，而限制性饮食可能增加微生物耗竭和功能失衡的风险。在替代营养策略中，旧石器饮食因其在运动营养中的潜在适用性而受到关注，然而，关于其对肠道微生物组影响的证据仍然有限。本研究旨在分析和比较遵循8周等热
引言：富含营养的膳食模式被认为是肠道微生物群多样性的重要调节因子，而限制性饮食可能增加微生物耗竭和功能失衡的风险。在替代营养策略中，旧石器饮食因其在运动营养中的潜在适用性而受到关注，然而，关于其对肠道微生物组影响的证据仍然有限。本研究旨在分析和比较遵循8周等热量旧石器饮食或合理饮食的专业手球运动员的肠道微生物组分类学结构和功能潜力。方法学：10名专业男性手球运动员参与了一项双臂随机对照试验，通过区组随机化被随机分配至实验组（旧石器饮食，n=5）或对照组（合理饮食，n=5）。两种饮食干预均由餐饮公司制备和配送。在基线、干预4周和8周后收集粪便样本。生物信息学分析包括质量控制、分类学和功能谱分析、多样性评估以及非参数统计分析。结果：营养分析表明，与合理饮食相比，遵循旧石器饮食的手球运动员碳水化合物摄入量较低，脂肪摄入量较高，包括更高比例的不饱和脂肪酸。两组膳食纤维摄入量均较高，而维生素D摄入量均不足，旧石器饮食组还观察到钙缺乏。微生物组功能的差异丰度分析显示，合理饮食诱导了特定的分类学和功能变化，而在纵向分析中，旧石器饮食组未观察到显著的微生物组改变。肠道微生物组分析还揭示了干预的分类学和功能反应存在显著的个体间变异，而总体微生物组丰富度在组水平上随时间保持稳定。结论：这些发现表明，在8周内，两种饮食策略均未与专业手球运动员核心肠道微生物群组成的主要改变相关，尽管合理饮食与特定的分类学和功能变化相关。需要更大规模的研究来确认这些观察结果。
### 研究背景与问题
肠道微生物组（gut microbiome）是寄居于胃肠道的复杂微生物群落，在代谢、免疫功能和整体健康中发挥关键作用。饮食是塑造其组成和功能的主要决定因素，通过提供膳食纤维、低聚糖和脂质等底物影响微生物群落。富含营养的膳食模式被证实能增强肠道微生物多样性，而限制性饮食（如高蛋白、低碳水化合物饮食）可能增加微生物耗竭和功能失衡的风险。在替代营养策略中，旧石器饮食（Paleo diet）——基于模拟史前人类食源（肉类、蔬菜、水果、坚果等，排除谷物、乳制品和豆类）——因其在运动营养中的潜在适用性受到关注，但关于其对肠道微生物组影响的证据有限且不一致。现有针对非运动员人群的研究报告了异质性结果，取决于饮食组成、干预持续时间和参与者特征。此外，运动员的肠道微生物组可能因高强度体力活动和特殊的营养需求而进一步被塑造，但饮食策略对运动员肠道微生物组的影响尚不明确。因此，本研究旨在全面分析和比较专业手球运动员在8周旧石器饮食或合理饮食干预后的肠道微生物组分类学结构和功能潜力，以提供优化精英运动员饮食组成的循证指导。
### 研究内容与结论
研究人员开展了一项双臂随机对照试验，将10名专业男性手球运动员随机分配至旧石器饮食组（n=5）或合理饮食组（n=5），进行为期8周的等热量饮食干预。通过多时间点（基线、4周、8周）的粪便样本宏基因组测序，结合详细膳食记录，评估了肠道微生物组的分类学和功能变化。研究表明，两种饮食策略在能量摄入和能量平衡方面相当，但宏量营养素组成差异显著：旧石器饮食组碳水化合物摄入较低、脂肪（特别是单不饱和脂肪酸MUFA）摄入较高，而合理饮食组碳水化合物摄入较高。两组膳食纤维摄入均较高（>40 g/天），但维生素D摄入均不足，旧石器饮食组还缺钙。纵向分析显示，在组水平上，两种饮食均未显著改变核心肠道微生物群组成，微生物组α多样性（Shannon熵）保持稳定。然而，合理饮食诱导了特定分类学和功能变化：干预后，该组乳酸菌物种（Lactococcus petauri和Weissella cibaria）丰度降低，而低聚糖（水苏糖）降解途径（PWY-6527）富集；相比之下，旧石器饮食组未观察到显著的微生物组改变。此外，个体间反应高度异质，无论饮食类型，部分参与者表现出分类学和功能多样性的不同变化模式。该研究发表于《Frontiers in Microbiology》。
### 主要关键技术方法
研究人员采用以下关键技术方法：通过心率监测仪（Polar M400/RS400）进行10天能量消耗监测以确定个体能量需求，并制定等热量饮食（由餐饮公司制备，共840份每日食物定量）。使用QIAamp PowerFecal Pro DNA Kit（Qiagen，德国）进行粪便DNA提取，结合化学、机械和酶裂解；采用KAPA HyperPlus Library Preparation Kit（Roche，瑞士）构建宏基因组文库，在Illumina NovaSeq平台进行150 bp双端测序（平均约11.3 ± 3.2百万读段对）。生物信息学分析包括：TrimGalore质控、bowtie2去除人类污染、MetaPhlAn 4.0和HumanN 3.7进行分类学和功能谱分析、QIIME 2进行α/β多样性分析、LEfSe进行差异富集分析、SparCC计算物种相关性、Spearman相关分析（Benjamini-Yekutieli校正）。样本队列来源：10名波兰第二联赛职业手球运动员。
### 研究结果
#### 3.1 饮食干预
通过营养分析发现，与合理饮食相比，旧石器饮食组碳水化合物摄入量（占能量百分比和g/kg体重）显著偏低，脂肪摄入量（特别是MUFA）显著偏高，而膳食纤维摄入两组均高（>40 g/天）。两组维生素D摄入均不足，旧石器饮食组还缺钙。两组能量摄入无显著差异。
#### 3.2 微生物组对饮食方案的适应
组水平纵向分析显示，基于分类学和功能的Shannon熵在两组内均无显著变化，微生物组丰富度保持稳定。但个体间反应高度异质：例如，参与者A18的分类学和功能丰富度均增加（主要由Coprococcus eutactus扩张和Ruminococcus bovis减少驱动），而A17的分类学丰富度增加但功能丰富度稳定（由Prevotella copri clade A下降和Coprococcus eutactus上升驱动）。差异富集分析表明，合理饮食干预后，两种乳酸菌（Lactococcus petauri和Weissella cibaria）丰度降低，水苏糖降解途径（PWY-6527）富集；旧石器饮食组未发现显著变化。在组间比较中，干预后合理饮食组相对于旧石器饮食组富集了多种功能途径，包括氨基咪唑生物合成、辅酶A和NAD从头生物合成（从天冬氨酸）以及叶酸转化，而旧石器饮食组无显著富集功能。
### 讨论与结论
讨论部分指出，尽管两种饮食的宏量营养素组成差异显著，但未观察到核心肠道微生物群组成的显著改变，这可能与两组能量平衡和膳食纤维摄入均高有关，提示能量平衡和膳食纤维摄入可能比具体的宏量营养素比例更重要。合理饮食诱导的特定变化（乳酸菌减少、水苏糖降解途径富集）可能反映了从发酵简单糖类向代谢低聚糖的有利微生物适应，与短链脂肪酸（SCFA）产生增加相关，而旧石器饮食因缺乏此类低聚糖（如谷物、豆类来源）而未出现此变化。陈旧石器饮食的高纤维、高MUFA和低加工特征可能有助于维持微生物多样性，抵消潜在负面效应。个体间高度异质性表明，饮食干预应个性化。研究结论翻译如下：总之，在8周内，两种饮食策略均未与专业手球运动员核心肠道微生物群组成的主要改变相关，尽管合理饮食与特定的分类学和功能变化相关。鉴于该研究的初步性质和有限样本量，这些观察结果应视为初步。需要更大规模队列的研究来确认这些发现，并更好地理解不同饮食策略对运动员肠道微生物组的影响。
