人體腸道是人體與外在環境之間的界面，並包括細菌，真菌在內的數萬億個微生物群落所定居。
小腸負責營養吸收，大腸可以看作是一種生物反應器，其中腸道細菌具有不同的生物功能，例如加工消化膳食纖維和調節免疫系統，並產生具有各種代謝和神經功能的代謝產物。
腸道的任務-免疫系統
在腸道中具有艱鉅的任務-免疫系統，即通過將有益的共生細菌生長和識別消除引起疾病的微生物，來維持穩定的微生物群。 當失去這種平衡時，微生物群組成會進入一種稱為“營養不良”的狀態，這種狀態與多種疾病有關。
已知有幾種直接改變或干擾微生物組成的環境因素，包括飲食和使用藥物，還有宿主內在的因素，例如宿主防禦肽 host defense peptides （HDP）和宿主遺傳學。因此，在腸道界面提示對內源性和外源性刺激作出嚴格反應的免疫信號調節可維持體內平衡。
腸道防禦系統由腸道相關淋巴樣組織 gut associated lymphoid tissue （GALT）組成，該組織由單層絨毛中排列的腸上皮細胞 intestinal epithelial cells ，以及的腸膜的淋巴結組成。腸上皮細胞分散在上皮層上，並分泌黏液，此黏液起著物理屏障的作用，使微生物保持與腸上皮有安全距離。B細胞分泌免疫球蛋白A（IgA）Immunoglobulin A (IgA)- 有助於控制局部微生物群。
宿主防禦肽 host defense peptides （HDP）
在小腸中腺底部具有特殊的嗜酸性顆粒的潘氏細胞（Paneth cell），負責生產宿主防禦肽 host defense peptides （HDP）。
飲食對腸道穩態過程中宿主防禦肽的防禦功能。此外，宿主防禦肽功能缺陷與西方飲食生活方式特別是，在克羅恩氏病 Crohn’s disease 中已有人防禦素水平降低。因此，在西方疾病中，由於屏障功能受損，腸道微生物群可以進入宿主腸道上皮細胞。
宿主防禦肽 host defense peptides （HDP） 大多數是小的陽離子肽，具有獨特的作用機制和針對革蘭氏陽性細菌 Gram-positive 和革蘭氏陰性 Gram-negative 細菌的不同特異性，這些抗微生物分子是具有強力殺菌活性的腸道免疫效應分子，針對大部分腸道病原體，該防禦系統的功能影響宿主應對腸道內部微生物 。近年來多項研究顯示，宿主防禦肽不僅具有取代傳統抗生素的強效抗菌活性，更可抗癌、抗發炎及免疫調節等多元生理活性。
潘氏細胞 Panethcell 生產宿主防禦肽 host defense peptides （HDP）
潘氏細胞（或稱帕內特細胞、Paneth cells、PCs） Paneth 細胞分泌 HDP可影響細菌生長，微生物配體通過腸上皮細胞或免疫細胞中存在， 一旦被識別和激活，腸道相關淋巴樣組織 gut associated lymphoid tissue （GALT）的免疫細胞就會向Paneth細胞和腸上皮細胞發送信號，以協調其功能並維持上皮屏障功能。
腸道菌群可以影響宿主防禦肽的表達，飲食被認為是決定腸道菌群組成的最大影響因素之一。因此，飲食組成，以及它是基於食物來源自動物或植物，對腸道微生物組成具有深遠的意義。
微生物與健康和疾病
由於健康和患病個體的腸道菌群的組成不同，例如，微生物群與多種疾病有關，
例如肥胖症，糖尿病，過敏性疾病，帕金森氏病，自閉症障礙和動脈粥樣硬化等。
飲食對腸道菌群組成的影響
近年來，已對不同飲食對腸道菌群的影響。飲食的組成（由大量營養素比率定義-碳水化合物，脂肪和蛋白質），這些成分的來源（基於植物或動物）和不同飲食因素的可利用性被認為是腸道微生物代謝和組成的決定因素，其中影響人類健康的潛力。
當攝入量超過消化和生物分子的內在結構複雜性，三種主要的營養素-碳水化合物，脂肪和蛋白質可以在逃避小腸的主要消化後到達結腸。因此，例如在西式，富含蛋白質，素食或富含纖維的飲食中存在的大量營養素比例，會對結腸微生物群產生不同的影響。
蛋白質類
細菌可代謝蛋白質也可以產生一小部分的短鏈脂肪酸 SCFA，但來自動物飲食（雞蛋，牛肉，豬肉）的產生有害代謝產物。例如，食物來源的微生物代謝產物三甲胺N-氧化物 trimethylamine N-oxide （TMAO）與心血管疾病和動脈粥樣硬化有關。但是，食用豌豆蛋白（一種基於植物的肉類替代品）的人表現出腸內短鏈脂肪酸 SCFA水平升高。此外，補充蛋白質，細菌的總量有所增加，這是由絕對豐度確定的人認為這與氮攝入量的增加有關，氮的攝入是蛋白質攝入量增加的結果，否則會限制腸道中的營養。
動物蛋白質的飲食
至於蛋白質，動物源性蛋白質顯示降低了肥胖，高體重指數的門菌種Firmicutes的豐度。
而植物源性蛋白質顯示出促進有益雙歧桿菌 Bifidobacterium 和乳桿菌 Lactobacillus 的生長，可減少致病菌的數量。此外， 西式飲食可通過不同的飲食成分（例如膽固醇，飽和和非飽和脂肪酸）促進促炎反應，並由於纖維含量降低而引起微生物群引起的粘液缺乏 。重要的是，西方飲食通常伴隨著食品添加劑，例如人造甜味劑和乳化劑，可能是導致非傳染性疾病，包括代謝綜合徵和炎症性腸病疾病 inflammatory bowel disease （IBD）。
植物性纖維的飲食
富含植物性纖維的飲食與微生物群落多樣性的增加有關，更具體地說，與雙歧桿菌 Bifidobacterium 豐度的增加有關，雙歧桿菌的數量已被證明是腸道屏障功能的正調節劑。
纖維
飲食纖維已發現對腸道微生物群落結構貢獻最大，膳食纖維幾乎完全是基於植物的來源，並且由於碳水化合物活性酶（CAZymes）的數量有限，而人體消化的可溶性或不溶性碳水化合物聚合物。相比之下，據估計腸道菌群配備了11,000個酶，可水解不同組合的可溶性纖維，也稱為菌群可利用的碳水化合物 microbiota-accessible carbohydrates （MACs）。
細菌纖維發酵的結果是產生了短鏈脂肪酸 short chain fatty acids （SCFA），包括乙酸鹽 acetate，丙酸鹽 propionate 和丁酸鹽 butyrate ，同時產生H2和CO2的氣體，所以進食益生菌和蘋果果膠後，肚子會比較氣脹，就是因為這些氣體產生，這是正常的，而腸細胞利用短鏈脂肪酸作為能量底物，這些代謝產物還顯示出改善
腸屏障的完整性
調節葡萄糖穩態
脂質代謝
誘導抗炎
耐受性免疫反應。
相反，不溶性纖維不會被微生物菌群發酵，也不會傳遞上述益處。
微生物發酵取決於食物中纖維的來源，化學成分和物理化學特性。作為動物來源的碳水化合物的罕見例子，蜂蜜包括單醣，雙糖和複雜碳水化合物的多種混合物。將取決於特定的類型，但蜂蜜被證明可以促進雙歧桿菌和乳桿菌的生長。源自植物的纖維（源自穀類，穀物，蔬菜，豆類或堅果）具有獨特的化學組成和理化特性。因此，以植物為基礎的飲食中存在的各種纖維可以支持更多不同的腸道微生物群落。
水果是植物纖維的另一種常見來源。例如，蘋果和酒中發現的果膠可被擬桿菌（B. Thetaiotaomicron）降解
奇異果補充劑可增加便秘患者中的Faecalibacterium prausnitzii（F. Prausnitzii）的豐度。
奇異果的提取物被證明可以支持雙歧桿菌和擬桿菌的體外生長。
不同類型纖維對微生物群影響雙歧桿菌屬，包括
半乳低聚醣（GOS） galacto-oligosaccharides (GOS)
菊粉型果聚醣 inulin-type fructans
木糖低聚醣 xylo-oligosaccharides
阿拉伯木聚醣低聚醣 arabinoxylan-oligosaccharides 。
脂肪
高脂肪主要含有飽和脂肪或反式脂肪與降低擬桿菌 Bacteroides 的含量，以及硬菌 Firmicutes 和變形桿菌 Proteobacteria 相對豐度的提高有關。 相反，純素食/素食飲食中低含量的單不飽和和多不飽和脂肪會增加乳酸菌 lactic acid bacteria，雙歧桿菌 Bifidobacteria, 和粘液阿克曼 Akkermansiamuciniphila （A. muciniphila）的水平 ，主要是膽固醇含量不同，豬油為基礎的飲食所含宿主防禦肽 host defense peptides （HDP）比棕櫚油的防禦肽 host defense peptides （HDP）高10倍。
微量營養素和食品添加劑
微量營養素也被認為會影響腸道菌群，這些化合物可穿過小腸，在那裡已經吸收了許多可消化的營養，並完整到達結腸，在那裡它們濃縮並與微生物群相互作用。
微量營養素的例子包括多酚（天然存在的植物代謝物）例如木脂素 lignans，異黃酮 isoflavones ，丁苯醚 stilbenes。
微量元素和維生素，通常認為植物性飲食中的多酚具有益生元作用，即支持有益細菌（如雙歧桿菌和乳桿菌）的生長，可以對不同的細菌病原體具有抗菌作用，並且可以具有抗炎作用。微量元素，例如鐵和鋅，在腸道中的豐度較低，因此在病原體和共生體之間競爭，從而影響腸道微生物組成和/或有利於病原體定殖，其他微量營養素（例如維生素B6和B12）充當微生物酶的輔助因子，因此，腸道微生物物種與宿主競爭小腸中這些飲食來源的維生素。
值得注意的是，現代飲食中經常存在的食品添加劑（例如，無熱量的人造甜味劑 non-caloric artificial sweeteners （NAS），如三氯蔗糖，糖精和阿斯巴甜和乳化劑, 例如，羧甲基纖維素 carboxymethyl cellulose （CMC）和聚山梨酯-80 polysorbate-8（P80）會引起嚴重的營養不良。 。
防禦肽 host defense peptides （HDP） 作為粘膜屏障功能
除了從攝入的食物中獲取營養外，人們還可以在塑造腸道微生物群落方面發揮積極作用。腸道微生物群組成調節劑的IgA和粘液的產生， host defense peptide 的釋放，由於它們的正電荷保留在腸粘液層中。宿主防禦肽是一類多樣化的蛋白質，具有獨特的作用機制和針對微生物的活性譜。這些機制部分取決於HDP在腸道中的定位，以及表達和激活的特定調控機制。
宿主防禦肽的抗菌活性
防禦素 Defensins 具有廣泛的抗菌活性，因為體外研究表明它們對革蘭氏陽性和革蘭氏陰性細菌，真菌，病毒和單細胞寄生蟲具有殺菌作用，這些小的分泌肽（長30–40個氨基酸，3至5 kDa）的特徵。這些肽的陽離子性質有利地將它們吸引到細菌的帶負電荷的外殼上，該外殼是由革蘭氏陰性菌中的磷脂和革蘭氏陽性菌中的磷膽酸的存在而產生的。在大多數情況下，防禦素被認為通過破壞細菌膜的完整性或通過與脂質II相互作用抑制細胞壁合成而發揮作。有趣的是，由於這種陽離子性質，宿主防禦肽最近被歸因於不同的腫瘤殺傷能力，因為腫瘤細胞膜的帶負電荷的細胞表面糖蛋白表達增加。
總之，腸道防禦肽的抗菌活性受轉錄和轉錄後信號之間複雜的相互作用所控制，這是維持腸道穩態的關鍵。這些調節因素中的一些受到宿主的影響，但是其他因素則緊密取決於腸道菌群的存在和組成。儘管一直以來都認為HDP可保護宿主免受病原體侵害，但許多研究在其抗生素活性測試中優先考慮了病原細菌和真菌。因此，實際上，僅通過在活性測試中調節一些環境參數，就可以揭示幾種HDP對共生細菌的抗菌作用。因此，需要牢記這些因素，以增強我們對這些肽在腸道微生物群落形成中功能的理解。
宿主防禦肽 host defense peptides （HDP） 大多數是小的陽離子肽，具有獨特的作用機制和針對革蘭氏陽性細菌 Gram-positive 和革蘭氏陰性 Gram-negative 細菌的不同特異性，這些抗微生物分子是具有強力殺菌活性的腸道免疫效應分子，針對大部分腸道病原體，該防禦系統的功能影響宿主應對腸道內部微生物 。近年來多項研究顯示，宿主防禦肽不僅具有取代傳統抗生素的強效抗菌活性，更可抗癌、抗發炎及免疫調節等多元生理活性。
每天一蘋果是否能使微生物遠離我們？
每天進食一個蘋果是否能使微生物遠離我們；選擇蘋果有以下幾個原因：
蘋果是一種易於獲取的日常農產品，不僅含有纖維(蘋果果膠)和蘋果多酚來支持微生物的生長，刺激宿主防禦肽 HDP的細菌，但最近研究顯示出蘋果攜帶數千種細菌。因此，從理論上講，這種水果可以作為天然的益生菌的來源，以增強腸道中的宿主防禦肽抗菌功能。 如不能每天進食蘋果，可以考慮蘋果果膠 Apple Pectin 和益生菌以增加自身免疫力。
趙家聲
自然健康顧問
化學學士
生物醫學工程碩士
生物化學科技碩士
材料科技碩士
美國草本治療師
美國自然療法博士
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