当饮食中的植物营养素匮乏时，肠道微生物群可能不再安分守己，转而将“矛头”指向宿主的肠道屏障。一项由普林斯顿大学Ludwig癌症研究所领导的新研究揭示，膳食纤维和一类此前被忽视的植物蛋白——被称为“模拟纤维的蛋白质”（Prif）——能够引导肠道细菌远离对肠道保护性黏液层的侵蚀，同时促进与代谢健康相关的代谢物生成。这一发现深化了人们对饮食、微生物与宿主代谢之间复杂关系的理解，并挑战了“体内许多关键代谢物仅由细菌产生”的传统假设。

饮食重塑微生物化学：酚类代谢物的双面性

研究团队聚焦于酚类代谢物，这是一类由氨基酸分解产生的广泛化合物。尽管它们属于同一化学家族，但对健康的影响却截然不同。当肠道细菌代谢苯丙氨酸时，可产生苯丙酸和马尿酸，这些物质与肠道健康和健康体重相关；而代谢酪氨酸时，则可能生成对甲酚硫酸盐和苯酚硫酸盐，这些代谢物与肾病患者的全身毒性及癌症患者的不良预后有关。两项研究分别发表于《美国国家科学院院刊》（PNAS）和《自然·代谢》（Nature Metabolism）。

“医学界对操纵人类微生物组或直接利用其代谢产物进行治疗的兴趣日益浓厚，”Ludwig普林斯顿主任、通讯作者Joshua Rabinowitz博士表示，“饮食在控制微生物组及其输出方面具有巨大潜力。但要设计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。”

Prif：被忽视的植物蛋白的“纤维模仿者”

研究人员发现，植物纤维和不易消化的植物蛋白能将微生物活性转向苯丙氨酸途径，增加有益代谢物，同时减少有害代谢物。这些不易消化的植物蛋白被命名为“Prif”（proteins imitating fiber）。第一作者Jenna AbuSalim解释说：“我们的研究表明，纤维和来自植物的不易消化蛋白质——我们称之为‘模拟纤维的蛋白质’——将酚类代谢物的平衡从酪氨酸产生的有害类型转向苯丙氨酸产生的有益类型。”

纤维长期以来被认为是肠道微生物的重要食物来源，但不易消化的植物蛋白却很少受到关注，因为蛋白质通常被认为在消化早期就被分解吸收。然而，这项新工作表明，部分植物蛋白能逃过早期消化到达结肠，被细菌像纤维一样利用。

同位素示踪揭示细菌的“食物来源”

为了追踪这些营养素在消化系统中的去向，研究人员使用稳定同位素标记蛋白质，从而区分代谢物来自食物还是宿主组织。结果清晰显示：有益酚类几乎完全由饮食中的不易消化蛋白质产生，而有害酚类则主要来自细菌对宿主蛋白质（包括肠道黏液层中的蛋白质）的分解。黏液层不仅润滑肠道，还构成将数万亿微生物与下方细胞隔开的屏障。当细菌缺乏偏好的膳食营养时，部分细菌会转而以宿主来源的物质为食。

纤维能抑制细菌对肠道黏液层的分解，从而降低有害酚类的产生；Prif则为消化道后段的微生物提供额外的膳食蛋白质，增加有益化合物的生成。“我们认为Prif代表了一类新兴的膳食营养素，它们塑造肠道微生物组的组成，可能对代谢健康产生深远影响。”AbuSalim说。Rabinowitz则展望：“未来食品包装上，Prif可能会被标注在纤维下方。”

挑战传统假设：宿主自身也能合成“微生物代谢物”

《自然·代谢》研究则探讨了另一个基本问题：这些代谢物究竟由谁产生？科学家常将某些酚类和吲哚类化合物视为微生物活动的化学指纹，例如由色氨酸产生的吲哚类物质，因其在炎症性肠病、神经退行性疾病、癌症转移和抗肿瘤免疫中的潜在作用而备受关注。然而，如果宿主细胞也能大量产生这些物质，那么通过改变微生物组来调节其水平的效果可能有限。

研究团队在小鼠、大鼠和人类细胞中进行了同位素示踪，发现哺乳动物代谢能独立产生多种吲哚和酚类化合物，包括生理上重要的吲哚-3-乳酸和吲哚-3-乙酸。用抗生素清除微生物组后，许多代谢物在小鼠血液中仍保持丰富，表明宿主自身细胞持续产生它们。患者样本（包括服用抗生素的癌症患者）也呈现类似模式。而仅由微生物产生的化合物，如吲哚-3-丙酸和对甲酚硫酸盐，在抗生素治疗后则显著下降。

这些发现表明，同一代谢物可能来自多个来源，其血液浓度可能反映饮食、微生物活动和宿主组织代谢的综合结果。这对于旨在改变代谢物水平的疗法具有重要意义：如果化合物主要由微生物产生，益生菌可能有效；而如果由宿主产生，则需要完全不同的策略。

两项研究共同绘制了一幅更清晰的图谱，展示食物、肠道细菌和哺乳动物细胞如何共同塑造体内的化学环境。它们也提示，笼统的“多吃纤维”建议未来可能被细化，以考虑特定纤维和不易消化蛋白质对促进有益微生物活性的作用。“更清晰地了解不同食物如何与微生物组相互作用并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。”Rabinowitz总结道。