植物性飲食透過多種方式支持健康，包括對腸道、免疫系統、新陳代謝和心血管系統的益處。其中一部分效果來自於促進腸道內多樣化的細菌族群。科學家們早已知道膳食纖維對這些益處有所貢獻，因為腸道微生物有助於分解纖維。

植物也含有彩色的「植物化學物質」，有助於保護它們免受環境威脅，並可能影響人類健康。儘管如此，研究人員仍在努力確切了解腸道細菌如何處理植物食物的眾多成分，以及這些相互作用如何產生有益的效果。

由 Ludwig Princeton 的 Jenna AbuSalim 和主任 Joshua Rabinowitz 領導的兩項研究，為這個過程提供了新的見解。其中一項發表在《美國國家科學院院刊》(PNAS) 的最新一期，另一項則於六月發表在《自然代謝》(Nature Metabolism)。第一項研究發現，植物纖維和某些植物蛋白質可以改變微生物的新陳代謝，增加有益的代謝物，同時減少有害的代謝物。第二項研究表明，通常歸功於腸道微生物的幾種生物學上重要的代謝物，也可以由哺乳動物的新陳代謝大量產生。

「醫學領域對操縱人類微生物群或使用其代謝產物本身進行治療的興趣日益濃厚，」Rabinowitz 說。「飲食在控制微生物群及其產物方面具有巨大潛力。但要設計有效的治療性干預措施，我們需要了解飲食的哪些方面控制著哪些微生物產物。」

植物性食物如何改變腸道代謝物

在 PNAS 的研究中，Rabinowitz、AbuSalim 和他們的同事們檢視了植物性食物如何影響酚類代謝物。腸道細菌在消化胺基酸酪胺酸和苯丙胺酸時會產生這些化合物，但產生的代謝物對健康的影響可能截然不同。

苯丙酸鹽和馬尿酸是由細菌處理苯丙胺酸產生的，它們與腸道健康和健康的體重有關。相比之下，對甲酚硫酸鹽和酚硫酸鹽則來自酪胺酸，並與癌症患者的較差預後以及腎臟病患者的全身毒性有關。

「我們的研究表明，來自植物的纖維和不易消化的蛋白質——我們稱之為『模仿蛋白質』，或 Prif——可以改變酚類代謝物的平衡，從由酪胺酸產生的有害類型轉向由苯丙胺酸衍生的有益類型，」AbuSalim 說。

纖維長期以來被認為是健康飲食的重要組成部分，但不易消化的植物蛋白質受到的關注則少得多。AbuSalim、Rabinowitz 和他們的同事們發現，這些蛋白質由腸道微生物處理，並能改變微生物群的組成和宿主的代謝。與不易消化的植物纖維一起作用，它們還能改變腸道細菌的新陳代謝活動，從而有利於產生有益的酚類物質。

當腸道細菌轉而分解腸道內壁時

為了追蹤這些化合物的來源，研究人員使用穩定的（非放射性）同位素標記蛋白質，並在小鼠腸道中追蹤其消化過程。他們發現，「壞」酚類物質是在細菌消耗宿主蛋白質時產生的，包括腸道黏膜中的蛋白質。相反，「好」酚類物質幾乎完全來自飲食中的不易消化蛋白質（Prif）。

纖維減少了細菌對腸道黏膜的分解，進而降低了有害酚類物質的產生。Prif 增加了到達腸道微生物的飲食蛋白質的量，為它們提供了更多產生有益酚類物質的材料。

「我們認為 Prif 代表了一類新興的飲食營養素，它們能塑造腸道微生物群的組成，並可能對代謝健康產生深遠的影響，」AbuSalim 說。

「食品包裝最終可能會在纖維下方標示 Prif，」Rabinowitz 說。

重新思考腸道代謝物的來源

Nature Metabolism 的研究重點是酚類代謝物和吲哚類代謝物的來源，吲哚類代謝物是由胺基酸色胺酸產生的。與酚類物質一樣，吲哚類物質也因其潛在的治療價值而受到研究。

吲哚類代謝物與多種疾病有關，包括炎症性腸病、神經退化性疾病和癌症。在癌症研究中，它們已被發現會影響包括癌症轉移和抗腫瘤免疫反應在內的過程。

科學家們普遍認為酚類和吲哚類物質僅由腸道細菌產生。AbuSalim、Rabinowitz 和他們的同事們決定測試這一假設。研究人員特別對可能增加有益吲哚類代謝物的飲食和益生菌方法感興趣。但如果大部分循環於體內的物質是由哺乳動物的新陳代謝而非微生物負責，那麼這些策略可能需要重新考慮。

透過在小鼠、大鼠和人體細胞中使用同位素追蹤，研究人員發現哺乳動物的新陳代謝本身就能產生許多吲哚類和酚類代謝物。其中包括重要的化合物，如吲哚-3-乳酸和吲哚-3-乙酸。

在小鼠中，即使在抗生素破壞了微生物群之後，這些代謝物的循環水平仍然很高。在服用抗生素的患者（包括癌症患者）的樣本中也出現了類似的模式。同時，僅由微生物產生的代謝物，如吲哚-3-丙酸和對甲酚硫酸鹽，在抗生素治療後有所下降。

飲食與微生物群療法的新線索

這兩項研究共同為酚類和吲哚類代謝物的來源及其產生方式提供了更清晰的圖像。這些發現可能會影響旨在提高或降低特定代謝物的療法的開發。

它們也為科學家們對飲食如何與微生物群相互作用的理解增添了重要的細節。了解哪些食物會影響特定的微生物產物，最終可能幫助研究人員設計更精確的飲食、益生菌或代謝干預措施。

「除此之外，」Rabinowitz 說，「更清晰地了解不同食物如何與微生物群相互作用以調節細菌代謝物的產生，將有助於更精確地指導營養師和醫生為疾病預防和治療向人們提供的建議。」