Кишечный микробиом как отражение здорового питания

Все больше данных указывает на то, что кишечный микробиом влияет на здоровье человека. Питание занимает центральное место в этих отношениях. Известно, что западный тип диеты сыграл важную роль в недавнем всплеске хронических неинфекционных заболеваний (НИЗ) в социоэкономически развитых обществах. Мы расскажем, что представляет собой здоровое питание с точки зрения науки о микробиоме, и используем эти данные для разрешения текущих противоречий в области диетологии и разработки стратегий питания, ориентированных на микробиом. Эта статья посвящена общим диетическим рекомендациям с целью профилактики заболеваний, но не рассчитана на пациентов с заболеваниями, которым необходимы особые рекомендации по питанию и которым следует проконсультироваться с квалифицированным врачом-диетологом.

Цельные продукты против обработанных продуктов

Согласно большинству рекомендаций по питанию [1], в ежедневном рационе должны доминировать цельные растительные продукты (овощи, фрукты, цельные зерна, бобовые и орехи), которые подверглись ограниченной обработке (рисунок 1). Эту рекомендацию хорошо подкрепляют наши знания о микробиоме (рисунок 2 и рисунок 3). Цельные растительные продукты — единственный естественный источник пищевых волокон, часть из которых являются ферментируемыми и обеспечивают рост микробов. Разнообразная растительная пища поддерживает разнообразие микробиома, а ферментация волокон приводит к образованию метаболитов, таких как короткоцепочечные жирные кислоты (КЦЖК), оказывающих широкий спектр метаболических (влияние на чувство насыщения и чувствительность к инсулину), физиологических (увеличение продукции слизи и экспрессия белков плотных контактов) и экологических (ингибирование роста патогенов) эффектов [2]. Кроме того, предоставление субстратов для роста бактерий предотвращает разрушение слизи, воспаление и возникновение инфекций у мышей [3]. Фитохимические вещества, присутствующие в цельных растительных продуктах, большая часть которых не всасывается в тонкой кишке, также подвергаются биотрансформации кишечной микробиотой, что повышает их биодоступность, всасываемость, антиоксидантное и иммуномодулирующее действие [4]. Однако, на данный момент значение этих взаимодействий для здоровья не полностью известно. Наконец, функциональные характеристики и питательные качества (например, состав и доступность) большинства цельных растительных продуктов значительно превосходят обработанные пищевые продукты, которые часто содержат пищевые добавки, ухудшающие состав микробиома и барьерную функцию кишечника (рисунок 2).

Цельнозерновые продукты

Внимание ученых все больше привлекает потенциальная роль кишечного микробиома в реализации хорошо известных положительных метаболических и иммунологических эффектов цельнозерновых продуктов. Например, отруби содержат пищевые волокна, такие как арабиноксиланы и β-глюканы, которые микробиота кишечника ферментирует в полезные метаболиты. Противовоспалительное действие цельных зерен связано со стимуляцией роста популяции продуцентов КЦЖК [5]. В эксперименте у безми кробных мышей, кишечник которых колонизировали фекальной микробиотой с Prevotella пациентов, употреблявших цельнозерновой ячменный хлеб, наблюдалось улучшение толерантности к глюкозе, отражающее подобный эффект у человека [6]. Кроме того, у пациентов с избыточной массой тела, в чьей микробиоте на исходном уровне содержалась Prevotella, наблюдалась ускоренная динамика снижения веса на диете, богатой цельнозерновыми продуктами [7]. Эти исследования показывают, что, как минимум, некоторые метаболические преимущества цельнозерновых продуктов опосредуются кишечным микробиомом (рисунок 3).

Источники белка

В большинстве рекомендаций по питанию советуют отдавать большее предпочтение растительным белкам (бобовые, орехи), рыбе (жирная рыба) и птице, чем другим источникам белка животного происхождения, в частности красному мясу (рисунок 1). Бобовые и орехи богаты клетчаткой, содержат фитохимические вещества и омега-3 жирные кислоты, которые влияют на взаимодействие между организмом и микроорганизмами (рисунок 3). Ежедневное употребление грецких орехов и миндаля увеличивает относительное преобладание продуцентов бутирата, в частности Roseburia [8]. Употребление бобов мунг снижало скорость набора массы тела и накопления жира у мышей на рационе с высоким содержанием жиров. Этого не наблюдалось у безмикробных мышей на том же рационе, что указывает на роль микробиома [9]. Среди всех белковых продуктов животного происхождения жирная рыба, вероятно, обладает наибольшими иммунологическими и метаболическими преимуществами, связанными с микробиомом [1].

Особенности питания

Осознание, что на здоровье в первую очередь влияют не отдельные продукты или питательные вещества, а их взаимосвязь и синергетический эффект, привело к тому, что в ряде недавно обновленных рекомендаций по питанию (например, «Рекомендации по питанию для американцев на 2020-2025 гг.» и «Руководство по питанию для Канады»), особое внимание было уделено особенностям питания. Средиземноморская диета объединяет многие группы продуктов, положительно влияющих на взаимодействие организма и населяющих его микробов. Для изучения этих взаимодействий было проведено несколько рандомизированных контролируемых исследований, которые показали, что метаболические, иммунологические и когнитивные преимущества средиземноморской диеты связаны с увеличением преобладания Faecalibacterium prausnitzii и Roseburia [10].

Красное и обработанное мясо

Большинство рекомендаций по питанию и несколько медицинских обществ рекомендуют сократить потребление красного мяса и не употреблять обработанное, хотя в серии систематических обзоров за 2019 год был сделан вывод о наличии лишь слабых доказательств их связи с негативными последствиями для здоровья [11].

Кишечный микробиом обеспечивает полезную перспективу в этом споре. Протеолитическая ферментация мясного белка кишечными микробами увеличивает количество токсичных метаболитов, таких как аммиак, п-крезол и сероводород [12]. За счет высокого содержания насыщенных жиров, обработанное мясо дополнительно стимулирует секрецию желчных кислот в тонкую кишку, которые затем трансформируются микробами во вторичные желчные кислоты. Кроме того, отверждающие агенты, нитраты и нитриты, содержащиеся в обработанном мясе, биотрансформируются микробами в N-нитрозосоединения. Таким образом, текущие рекомендации по питанию основаны также на токсикологических соображениях (рисунок 3).

Метаболиты, образующиеся в результате ферментации белка (например, сероводород, аммиак), имеют более низкую токсичность и в настоящее время не рассматриваются как канцерогены для человека, что подтверждается данными о том, что умеренное потребление постного красного мяса ассоциируется с ограниченным риском. Напротив, N-нитрозосоединения и вторичные желчные кислоты, образующиеся в результате потребления обработанного мяса, являются канцерогенами, поэтому рекомендации советуют избегать или сводить к минимуму его потребление.

Молочные продукты

Большинство диетических рекомендаций советуют употреблять обезжиренные или нежирные (0-2%) молочные продукты и избегать молочных продуктов с высоким содержанием жира (>25%) (например, некоторые сыры, продукты на основе сливок, масло). Однако, нет единого мнения о молочных продуктах с естественным содержанием жира (~3,5%). Хотя вред от них сомнителен, их не советуют употреблять в некоторых диетических рекомендациях. В контексте этого обсуждения нельзя не упомянуть взаимодействия между молочным жиром и кишечным микробиомом. Насыщенные жиры молока индуцируют рост провоспалительной бактерии Bilophila wadsworthia, которая вызывает в мышиной модели такие заболевания, как колит [13]. Эти механистические данные согласуются с диетическими рекомендациями употреблять нежирные молочные продукты (рисунок 3).

Низкоуглеводная диета

Низкоуглеводные диеты популярны, так как позволяют за короткое время добиться заметного снижения массы тела и улучшения метаболизма, хотя их результаты могут быть неустойчивыми в долгосрочной перспективе. Эти диеты богаты жирами и/или белками и часто содержат мало клетчатки. Следовательно, они способствуют формированию неблагоприятного метаболического профиля (увеличение концентрации N-нитрозосоединений, снижение уровней бутирата и противовоспалительных фенольных соединений) [14]. Из-за воздействия на микробиоту кишечника, низкоуглеводные диеты могут быть вредными для здоровья, если придерживаться их длительное время.

Хотя международные рекомендации по питанию в высшей степени последовательны в плане того, что собой представляет здоровое питание, существуют возможности для улучшений и инноваций за счет смещения акцентов на микробиом.

Эволюционные соображения и восстановление микробиома

Симбиоз человека и микробиома развивался на протяжении миллионов лет при совершенно других окружающей среде и питании. Индустриализация, сместившая на первый план НИЗ, также привела к снижению разнообразия микробиомов, уменьшению их способности к утилиза ции углеводов, обогащению организмами и ферментами, разлагающими слизь, потере микробных симбионтов. Поэтому существует эволюционный аргумент в пользу увеличения потребления клетчатки сверх рекомендуемых ежедневных 25-38 г, что также подтверждают данные наблюдательных и интервенционных исследований [15]. Помимо увеличения потребления клетчатки в составе цельных продуктов научно обосновано снижение влияния факторов индустриализации на кишечный микробиом с помощью пребиотических, пробиотических и синбиотических стратегий. Продукты, потенциально способные восстановить и разнообразить микробиом, уже есть на рынке, однако исследования их клинической пользы только начинаются (см. ниже).

Живые микробы

Еще одним отличительным признаком индустриализации является снижение микробного воздействия. Гипотеза биоразнообразия гласит, что контакт с природной средой необходим для обогащения микробиома человека, поддержания иммунного баланса, защиты от аллергии и воспалительных заболеваний. Пробиотики являются источником живых микробов, изучаются и продаются в этом контексте на протяжении десятилетий (см. вставку «Пробиотики и пребиотики»). Кроме того, ферментированные продукты, такие как кефир, йогурт, чайный гриб и квашеная капуста, употребляемые в сыром виде, содержат большое количество живых микробов (бактерий и грибов). Хотя микробы, присутствующие в ферментированных пищевых продуктах, не колонизируют желудочно-кишечный тракт из-за несовместимости с кишечной экосистемой человека, они обнаруживаются в фекальной микробиоте и могут взаимодействовать с организмом.

Прецизионное питание

Люди по-разному реагируют на диеты, что ставит под сомнение универсальный подход, применяемый в настоящее время в диетических рекомендациях. Прецизионное или персонализированное питание, в свою очередь, адаптировано к биологии человека (гены, метаболизм и т. д.). Измерения характеристик микробиома могут стать ключевым компонентом стратегий прецизионного питания. Несколько компаний уже предлагают персонализированные диетические рекомендации на основе фекального микробиома, однако, они не одобрены регулирующими органами, что заставляет сомневаться в их точности. Текущие национальные диетические рекомендации не предлагают прецизионные или персонализированные подходы, к тому же реализация последних может стать трудной задачей в масштабах населения. Хотя у персонализированного питания есть научное обоснование, важно подчеркнуть, что большинство людей выиграют от диетических рекомендаций, рассмотренных выше.