多吃植物与更好的健康状况广泛相关，但科学家仍在揭示其确切原因。新研究表明，膳食纤维只是部分原因。某些难以被消化的植物蛋白，可能也在塑造肠道细菌、并决定它们产生有益还是潜在有害物质方面，发挥着出人意料的重要作用。
植物性饮食有助于消化健康、免疫功能、代谢和心血管健康。原因之一是，它们有助于维持肠道内微生物群落的多样性，这些微生物统称为肠道微生物组。其中许多细菌是有益的，能帮助分解人体消化系统无法自行处理的食物成分。
膳食纤维尤其重要，因为它为肠道微生物提供食物。植物还含有植物化学物，这些天然物质往往赋予水果和蔬菜鲜艳的颜色，并帮助植物抵御环境威胁。这些化合物也可能对人体健康有益。然而，研究人员才刚刚开始理解肠道细菌消化植物性食物时发生的复杂化学相互作用。
由Jenna AbuSalim和Joshua Rabinowitz领导的两项研究提供了重要的新见解。Rabinowitz是路德维希癌症研究所普林斯顿分所主任。其中一项研究发表在《美国国家科学院院刊》上，展示了植物纤维和某些蛋白质如何影响肠道细菌，使其更倾向于产生有益化合物而非潜在有害化合物。另一项研究于6月发表在《自然·代谢》上，挑战了一个长期以来的观点：即人体内循环的许多重要化合物完全来源于肠道微生物。
“医学各领域对操纵人体微生物组，或直接利用其代谢产物进行治疗的兴趣日益增长，”Rabinowitz说。“饮食在控制微生物组及其输出方面大有希望。但要制定有效的治疗干预措施，我们需要了解饮食的哪些方面控制哪些微生物输出。”
植物性食物如何改变肠道产生的化学物质
在《美国国家科学院院刊》的研究中，研究人员检查了一类称为酚类代谢物的物质。代谢物是人体或微生物分解和处理营养物质时形成的化学物质。有些对正常生物功能至关重要，而另一些在积累时可能导致健康问题。
该团队研究的酚类代谢物，是肠道细菌处理两种氨基酸——酪氨酸和苯丙氨酸——时产生的。氨基酸是蛋白质的构建单元，但它们最终产生的化合物对健康的影响可能非常不同。
两种来源于苯丙氨酸的代谢物——苯丙酸和马尿酸——与健康的体重和更好的肠道健康相关。相比之下，两种来源于酪氨酸的化合物——对甲酚硫酸盐和苯酚硫酸盐——与癌症患者更差的结果以及肾病患者全身性的有害影响相关。
研究人员想了解，植物性食物的不同成分是否会影响肠道微生物产生这些物质中的哪一种。
“我们的研究表明，来自植物的纤维和不可消化蛋白质——我们称之为‘模拟纤维的蛋白质’，简称Prif——都能将酚类代谢物的平衡从由酪氨酸产生的有害类型，转向由苯丙氨酸产生的健康类型，”AbuSalim说。
一种被忽视的植物蛋白与纤维协同作用
尽管膳食纤维的健康益处已被广泛研究，但科学家对通过消化系统而未被完全分解的植物蛋白关注少得多。
研究人员发现，这些不可消化的蛋白质——他们称之为Prif——可以到达肠道微生物组，并作为细菌代谢的原料。在此过程中，它们影响哪些微生物繁盛以及产生哪些化合物。
重要的是，这些蛋白质并非单独起作用。它们与植物纤维合作，改变肠道细菌处理营养物质的方式，使其活动转向产生有益的酚类代谢物。
这一发现表明，植物性食物的营养价值可能不仅取决于人们熟悉的纤维、维生素和矿物质含量。逃过消化的蛋白质的数量和类型，也可能有助于决定食物如何影响肠道微生物组。
当肠道细菌缺乏纤维时，它们可能以肠道保护性黏液为食
最引人注目的发现之一，涉及肠道细菌从哪里获得用于产生有害代谢物的原料。
为了研究这一点，研究人员用稳定（非放射性）同位素标记蛋白质，从而能够精确追踪这些蛋白质在小鼠消化系统中去了哪里以及如何被处理。该技术通过给分子一个可检测的化学特征来发挥作用，而不使其具有放射性。
实验揭示了有益酚类和有害酚类来源之间的重要差异。
潜在有害的酚类来自肠道细菌分解属于宿主的蛋白质，包括存在于覆盖肠道的黏液层中的蛋白质。这种保护性黏液有助于将肠道微生物与肠道内壁细胞隔开，并构成人体天然防御的一部分。
与此同时，有益酚类几乎完全由食物提供的不可消化蛋白质产生。
纤维有助于抑制细菌对肠道保护性黏液的分解，从而减少有害酚类的产生。而不可消化的植物蛋白（Prif）则为肠道细菌提供了更多膳食蛋白质，促使它们转而产生有益化合物。
总之，这些发现揭示了植物性食物影响肠道化学的两种互补方式。纤维有助于阻止细菌消耗肠道保护性黏液中的蛋白质，而Prif则提供了替代营养来源，支持更健康代谢物的产生。
“我们认为，Prif代表一类新兴的膳食营养素，它们塑造肠道微生物组的组成，并可能对代谢健康产生深远影响，”AbuSalim说。
这些发现最终可能扩展到营养标签和膳食建议。
“食品包装最终可能会在纤维下面列出Prif，”Rabinowitz说。
第二项发现挑战了科学家对肠道细菌的认识
《自然·代谢》上的配套研究探讨了另一个重要问题：传统上归因于肠道细菌产生的所有代谢物，真的都由肠道细菌负责产生吗？
除酚类代谢物外，研究人员还检查了吲哚类代谢物，它们由膳食蛋白质中的另一种氨基酸——色氨酸——形成。
这些物质引起了相当大的科学兴趣，因为它们参与与炎症、免疫活动和疾病相关的生物过程。研究人员已调查了它们在炎症性肠病、神经退行性疾病和癌症中的作用。一些吲哚类代谢物还被发现会影响癌症扩散以及免疫系统攻击肿瘤的能力。
科学家通常假设肠道细菌是这些化合物的来源。这一信念推动了开发益生菌和膳食干预措施的努力，以增加潜在有益吲哚类代谢物的产生。
然而，这种方法依赖于一个重要假设：肠道微生物负责产生研究人员想要影响的大部分或全部化合物。
如果人体自身细胞能制造大量这些代谢物，那么改变微生物组可能并不是控制其水平的最有效方式。
你的身体能制造曾被归因于肠道微生物的化合物
为了研究这一点，研究团队在小鼠、大鼠和人类细胞中使用同位素示踪，追踪不同代谢物是如何产生的。
结果挑战了传统观点。哺乳动物细胞能够不依赖肠道细菌而生成多种酚类和吲哚类代谢物。
其中包括吲哚-3-乳酸和吲哚-3-乙酸，这两种具有重要生物学意义的化合物此前被认为是微生物代谢产物。
研究人员还检查了抗生素破坏肠道微生物组时会发生什么。如果某些代谢物完全依赖肠道细菌，那么当这些细菌被耗竭时，其浓度预计会急剧下降。
但在接受抗生素治疗的小鼠血液中，许多代谢物仍保持在可观水平。在接受抗生素的患者样本中也出现了类似模式，包括正在接受癌症治疗的人。
其他化合物表现不同。完全由微生物产生的吲哚-3-丙酸和对甲酚硫酸盐，在接受抗生素治疗后水平下降。
这些结果进一步证明，有些代谢物依赖肠道细菌，而另一些也可以由人体自身代谢过程制造。
这一区别很重要，因为它可能改变研究人员开发旨在增加有益代谢物或减少有害代谢物的治疗方式。
这些发现对营养学和未来治疗意味着什么
总之，这两项研究提供了对饮食、肠道微生物和人体自身代谢如何相互作用的更详细理解。
第一项研究识别出一类被忽视的植物蛋白，它与纤维协同影响细菌活动，可能有助于将平衡从有害代谢产物转向别处。第二项研究证明，人体自身可以产生许多曾被 believed 完全来源于肠道细菌的化合物。
两项发现都对代谢疾病、消化健康、癌症和其他涉及微生物组的疾病研究具有重要意义。
它们还表明，通过饮食、益生菌或其他疗法操纵肠道化学的尝试，将需要同时考虑微生物活动和人体自身的代谢能力。
大部分实验证据来自动物和实验室研究，因此还需要更多研究来确定这些机制如何影响人群的长期健康结果。
尽管如此，更好地理解不同食物成分与微生物代谢之间的关系，最终可能使膳食建议更加精确，并帮助研究人员识别新的治疗策略。
“除此之外，”Rabinowitz说，“更清晰地了解不同食物如何与微生物组相互作用以调节细菌代谢物的产生，将有助于营养师和医生为人们提供更精准的疾病预防和治疗指导。”
这些研究由路德维希癌症研究所、美国国立卫生研究院、美国国立糖尿病、消化和肾脏疾病研究所、普林斯顿合作研究与创新联盟以及普林斯顿大学资助。
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