徐海泉 郭燕枝 馬云倩 盧士軍 孫君茂

摘?要：選取某高中和職高青少年群體為研究對(duì)象，以班級(jí)為整體隨機(jī)分為馬鈴薯饅頭（馬鈴薯全粉占比30%）組、小麥饅頭（小麥面粉占比100%）組和普通膳食組3組，開(kāi)展為期8w的干預(yù)研究。隨機(jī)抽取小麥饅頭組、馬鈴薯饅頭組及普通膳食組女性研究對(duì)象各5名，分析馬鈴薯饅頭攝入對(duì)人體腸道菌群結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明：與干預(yù)前相比，干預(yù)后小麥饅頭組、馬鈴薯饅頭組和普通膳食組腸道菌群OTU數(shù)量變化幅度分別為-12.9%、+3.3%?、-5.1%。在門水平上的4種主要菌群（擬桿菌門、硬壁菌門、蛋白菌門、放線菌門）和屬水平上的8種共有主要菌群（普氏菌屬、梭狀芽孢桿菌屬、柔嫩梭菌屬、羅氏菌屬、雙歧桿菌屬、薩特氏菌屬和瘤胃球菌屬）豐度均呈現(xiàn)馬鈴薯饅頭組變化幅度最小;Alpha多樣性指數(shù)和Beta多樣性指數(shù)同樣呈現(xiàn)干預(yù)前后變化幅度馬鈴薯饅頭組要小于小麥饅頭組和普通膳食組?；谝陨戏治稣J(rèn)為，長(zhǎng)期連續(xù)攝入30%的馬鈴薯饅頭，并不會(huì)引起人體腸道菌群結(jié)構(gòu)的顯著變化。

關(guān)鍵詞：腸道菌群;馬鈴薯;主食;青少年

伴隨我國(guó)馬鈴薯主食化戰(zhàn)略的不斷推進(jìn)，馬鈴薯主食產(chǎn)品逐漸被廣大居民所接受，其種類也是日漸豐富[1-2]。針對(duì)我國(guó)人群當(dāng)前的營(yíng)養(yǎng)狀況及膳食特點(diǎn)實(shí)施馬鈴薯主食化戰(zhàn)略的營(yíng)養(yǎng)可行性及其社會(huì)效益、生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益等，已有較多研究進(jìn)行了相關(guān)分析，但對(duì)馬鈴薯主食化對(duì)我國(guó)人群健康效應(yīng)的評(píng)估分析相對(duì)較少[3-6]。研究發(fā)現(xiàn)，人體營(yíng)養(yǎng)狀況及健康水平與體內(nèi)腸道菌群構(gòu)成存在一定相關(guān)性[7-11]，不同膳食結(jié)構(gòu)及食物攝入可影響腸道菌群結(jié)構(gòu)[12-15]。國(guó)外研究發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)期攝入馬鈴薯對(duì)血壓及血糖水平可能會(huì)產(chǎn)生一定影響[16-18]。長(zhǎng)期連續(xù)攝入馬鈴薯主食產(chǎn)品是否會(huì)對(duì)體內(nèi)腸道菌群結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定影響？尚無(wú)相關(guān)研究。目前，市場(chǎng)馬鈴薯主食產(chǎn)品以馬鈴薯全粉占比30%的馬鈴薯饅頭為主[19]。本研究以30%的馬鈴薯饅頭為干預(yù)評(píng)價(jià)產(chǎn)品，分析對(duì)其長(zhǎng)期連續(xù)攝入對(duì)腸道菌群結(jié)構(gòu)的影響，為科學(xué)評(píng)估馬鈴薯主食化戰(zhàn)略對(duì)我國(guó)人群營(yíng)養(yǎng)健康狀況的影響提供科學(xué)依據(jù)。

1?材料與方法

1.1?馬鈴薯饅頭與小麥粉饅頭制作

馬鈴薯饅頭是以馬鈴薯全粉與普通小麥粉按3∶7重量比例混勻后為原料加工制作而成，小麥粉饅頭由100%小麥粉原料加工制作而成，二者在同一學(xué)校食堂加工制作。研究對(duì)象試驗(yàn)期間其他食物攝入信息采用食堂記賬法記錄收集（表1）。

1.2?儀器與設(shè)備

Fresco21型高速冷凍離心機(jī)，美國(guó)Thermo公司;Gel DOC XR凝膠成像系統(tǒng)，美國(guó)Bio-Rad公司;GeneAmp 7900聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)儀，美國(guó)ABI公司;508-U001 Ion Torrent測(cè)序平臺(tái)、2.0 Qubit熒光定量?jī)x，美國(guó)Invitrogen公司;SW-CJ-2D型雙人單面超凈臺(tái)，蘇州凈化設(shè)備有限公司。

1.3?研究設(shè)計(jì)

本研究為隨機(jī)對(duì)照干預(yù)研究，按照隨機(jī)整群抽樣原則，選取內(nèi)蒙古自治區(qū)托克托縣某普通高中一年級(jí)4個(gè)班、某職業(yè)高中一年級(jí)2個(gè)班高中學(xué)生開(kāi)展馬鈴薯饅頭干預(yù)研究。研究對(duì)象以班級(jí)為單位隨機(jī)分為小麥饅頭組、馬鈴薯饅頭組（平衡對(duì)照）和普通膳食組（一般對(duì)照），每組各2個(gè)班級(jí)。設(shè)普通膳食組以排除長(zhǎng)期連續(xù)攝入饅頭主食可能對(duì)腸道菌群的影響。小麥饅頭組每日進(jìn)食1餐小麥饅頭主食，馬鈴薯饅頭組每日進(jìn)食1餐馬鈴薯饅頭主食，普通膳食組學(xué)生自由進(jìn)食，干預(yù)持續(xù)8w。小麥饅頭組與馬鈴薯饅頭組膳食除每日僅1餐主食（分別提供小麥饅頭和馬鈴薯饅頭）攝入不同外，其余餐次所提供食物種類均相同。研究對(duì)象納入標(biāo)準(zhǔn)：（1）身體健康，無(wú)消化系統(tǒng)疾病、腎臟疾病、心臟疾病等嚴(yán)重疾病。（2）能夠堅(jiān)持連續(xù)8w每天攝入饅頭主食1餐。（3）對(duì)小麥粉或馬鈴薯全粉無(wú)過(guò)敏。每組選取5名研究對(duì)象，分別于干預(yù)前、干預(yù)后采集晨起糞便樣品進(jìn)行菌群檢測(cè)，以評(píng)價(jià)其腸道菌群結(jié)構(gòu)變化情況（表2）。本研究已通過(guò)倫理委員會(huì)審批，且研究對(duì)象本人及其監(jiān)護(hù)人均已簽署知情同意書。

1.4?腸道菌群檢測(cè)

干預(yù)前所采集糞便樣品于-80℃凍存，8w后與干預(yù)后所采集糞便樣品同批次進(jìn)行腸道菌群檢測(cè)。提取糞便樣品菌群全基因組DNA，使用16s rDNA 通用引物進(jìn)行V4區(qū)PCR擴(kuò)增并建庫(kù)測(cè)序。通過(guò)采集菌群16s rDNA信息進(jìn)行腸道菌群種類及豐度分析。

1.5?數(shù)據(jù)處理與分析

下機(jī)檢測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)過(guò)濾濾除低質(zhì)量reads后，再進(jìn)行后期分析。通過(guò)reads之間的Overlap關(guān)系將reads拼接成Tags。利用軟件USEARCH（v7.0.1090）將拼接好的Tags在97%相似水平下劃分為分類操作單元（Operational Taxonomic Units，OTU），并與數(shù)據(jù)庫(kù)比對(duì)，進(jìn)行物種注釋?；贠TU和物種注釋結(jié)果進(jìn)行樣品物種復(fù)雜度分析以及組間物種差異分析。以Alpha多樣性指數(shù)（Observed Species指數(shù)、Chao指數(shù)、Ace指數(shù)、Shannon指數(shù)和Simpson指數(shù)）反映單樣品物種多樣性，其中，Observed Species指數(shù)、Chao指數(shù)和Ace指數(shù)反映樣品中的群落豐富度，Shannon指數(shù)和Simpson指數(shù)反映群落多樣性。前4項(xiàng)指數(shù)值越大表明樣品中的菌群物種越豐富，而Simpson指數(shù)值越小表明樣品中的菌群物種越豐富。相同菌群物種豐富度的情況下，群落中各物種具有越大的均勻度，則認(rèn)為群落具有越大的多樣性。

2?結(jié)果與分析

2.1?研究對(duì)象一般特征

15名研究對(duì)象年齡分布為15.8～17.8歲，身高為149.0～163.0cm，體重為40.0～65.0kg，體質(zhì)指數(shù)為17.4～25.6kg/m?2，不同組別之間身高、體重及體質(zhì)指數(shù)存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P<0.05）（表3）。研究對(duì)象有1人為蒙古族（馬鈴薯饅頭組），其余14人均為漢族。所有研究對(duì)象在基線調(diào)查時(shí)均已出現(xiàn)首次月經(jīng)。3組研究對(duì)象在干預(yù)期間攝入食物類別基本一致，普通膳食組主食為大米、饅頭、包子類，蔬菜為馬鈴薯、茄子、菜花、白菜等，肉類主要為豬肉、雞肉;馬鈴薯饅頭組和小麥饅頭組主食為大米、饅頭、油餅類，蔬菜主要有韭菜、青椒、菜花、白菜、紅薯、蘿卜、西紅柿、馬鈴薯等，肉類主要為豬肉、魚(yú)肉。干預(yù)期間，馬鈴薯饅頭組平均每人每天攝入馬鈴薯饅頭104.2g，小麥饅頭組平均每人每天攝入小麥饅頭95.4g。

2.2?腸道菌群種類及豐度分析

2.2.1?OTU豐度分析?統(tǒng)計(jì)97%相似度下的OTU豐度信息，以反映樣品腸道菌群的物種豐富程度。15名研究對(duì)象，干預(yù)前后30個(gè)樣品（每名研究對(duì)象于基線和終期各采集1次）共產(chǎn)生342個(gè)OTU，其中小麥饅頭組、馬鈴薯饅頭組、普通膳食組在干預(yù)前OTU數(shù)量分別為124、91和118，干預(yù)后3組OTU變化幅度分別為-16（-12.9%）、+3（+3.3%）、-6（-5.1%）（表4）。

圖1為利用Venn圖展示多樣品共有和各自特有OTU數(shù)量以及樣品間OTU數(shù)量的重疊情況。不同顏色代表不同樣品組別。不同圖形之間交疊部分?jǐn)?shù)字為兩組之間共有OTU數(shù)量，非交疊部分?jǐn)?shù)字分別代表不同組別各自特有OTU數(shù)量。如圖1所示，干預(yù)后小麥饅頭組和普通膳食組OTU數(shù)量均有降低，而馬鈴薯饅頭組OTU數(shù)量則有增加。同基線相比，小麥饅頭組、馬鈴薯饅頭和普通膳食組干預(yù)前后共有的OTU數(shù)量分別占基線總數(shù)的81.9%、85.0%、78.9%。

2.2.2?菌群種類及豐度分析?分別在門和屬水平上分析所檢測(cè)主要腸道菌群物種及其構(gòu)成比例。在菌門水平上，主要構(gòu)成菌群為擬桿菌門、硬壁菌門、蛋白菌門、放線菌門。與其他兩組人群相比，馬鈴薯膳食組人群主要腸道菌群構(gòu)成比例干預(yù)前后變化幅度最?。?3.87～2.30）%，小麥饅頭組變化幅度最大為（-8.00～7.91）%，普通膳食組人群干預(yù)前后變化幅度為（-4.67～?7.05）%。在菌屬水平上，3組人群腸道菌群構(gòu)成排名前10的菌屬中，有8種為3組共有菌屬，分別為普氏菌屬、梭狀芽孢桿菌屬、柔嫩梭菌屬、羅氏菌屬、雙歧桿菌屬、薩特氏菌屬和瘤胃球菌屬。馬鈴薯組干預(yù)前后主要菌群變化幅度最小為（-3.03～4.50）%;小麥饅頭組和普通膳食組分別為（-2.41～8.74）%、（-17.12～14.35）%（表5、圖2～3）。

2.3?菌群多樣性分析

2.3.1?樣品內(nèi)多樣性分析?樣品內(nèi)多樣性以Alpha多樣性指數(shù)評(píng)價(jià)。干預(yù)前后Observed Species指數(shù)、Chao指數(shù)、Ace指數(shù)和Shannon指數(shù)，馬鈴薯饅頭組均低于小麥饅頭組和普通膳食組，而Simpson指數(shù)馬鈴薯饅頭組則高于小麥饅頭組和普通膳食組。提示干預(yù)前后，馬鈴薯饅頭組菌群豐度要小于小麥饅頭組和普通膳食組。從干預(yù)前后的變化趨勢(shì)分析，馬鈴薯饅頭組的Observed Species指數(shù)、Chao指數(shù)、Ace指數(shù)、Shannon指數(shù)和Simpson指數(shù)均呈現(xiàn)較小麥饅頭組和普通膳食組較小的變化幅度，且Simpson指數(shù)3組間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（圖4、表6）。

2.3.2?樣品間多樣性分析?不同群體間菌群Beta多樣性以Bray-Curtis評(píng)價(jià)，Bray-Curtis距離值在0～1之間，值越大表示樣品間的差異越大。同一研究對(duì)象干預(yù)前后菌群間Bray-Curtis均值，小麥饅頭組、馬鈴薯饅頭組均低于普通膳食組，分別為0.28±0.13、0.22±0.08、0.64±0.19。其余不同樣品兩兩間Bray-Curtis值以熱圖形式反映（圖5），藍(lán)色值最?。?）、紅色值最大（1），馬鈴薯饅頭組干預(yù)前后Bray-Curtis值多呈現(xiàn)藍(lán)色，而普通膳食組呈現(xiàn)與紅色較為接近，小麥饅頭組則居于二者之間。

3?討論

腸道菌群結(jié)構(gòu)變化及其代謝產(chǎn)物對(duì)調(diào)節(jié)人體健康起到了重要作用[21-25]。腸道菌群的結(jié)構(gòu)隨著膳食結(jié)構(gòu)及攝入食物種類的不同而存在較大差異，膳食結(jié)構(gòu)的改變將會(huì)引起腸道菌群種類、數(shù)量及其代謝活動(dòng)的變化[26]。

本研究為首次針對(duì)馬鈴薯主食產(chǎn)品攝入對(duì)腸道菌群結(jié)構(gòu)影響分析所開(kāi)展的研究。研究發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)期連續(xù)攝入馬鈴薯全粉占比30%的馬鈴薯饅頭主食并未對(duì)其腸道菌群結(jié)構(gòu)產(chǎn)生顯著影響。干預(yù)前后，馬鈴薯饅頭組、小麥饅頭組及普通膳食組人群腸道菌群結(jié)構(gòu)變化均不顯著。研究表明，膳食中碳水化合物、蛋白質(zhì)和脂肪的含量及種類會(huì)對(duì)腸道菌群的構(gòu)成產(chǎn)生顯著影響，其中碳水化合物主要以抗性淀粉及某些功能性低聚糖在發(fā)揮重要影響作用。本研究中，研究對(duì)象所攝入的馬鈴薯全粉占比30%的馬鈴薯饅頭與小麥饅頭的供能營(yíng)養(yǎng)素構(gòu)成差別不大。與小麥饅頭相比，30%的馬鈴薯饅頭中碳水化合物、蛋白質(zhì)及脂肪的含量均有降低，但降低幅度并不大，僅為9.1%～10.0%。因此，長(zhǎng)期連續(xù)攝入僅替換30%小麥粉的馬鈴薯饅頭并不會(huì)引起膳食結(jié)構(gòu)的顯著性變化，其腸道菌群結(jié)構(gòu)也不會(huì)產(chǎn)生顯著性變化。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明[27]，酶解處理的馬鈴薯渣對(duì)大鼠腸道菌群有一定的調(diào)節(jié)作用，可以顯著提高回腸、盲腸、結(jié)腸及相應(yīng)粘膜的乳酸桿菌數(shù)量，并顯著降低回腸、盲腸、結(jié)腸及相應(yīng)粘膜的大腸桿菌數(shù)量。馬鈴薯渣主要成分為原鮮馬鈴薯中的膳食纖維，而馬鈴薯饅頭中，膳食纖維的含量相對(duì)較少，而膳食纖維攝入的增加將引起腸道菌群構(gòu)成的顯著變化。雖然國(guó)外相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)期攝入馬鈴薯可能會(huì)導(dǎo)致血壓、血糖變化[28-29]，我們認(rèn)為這更多是因?yàn)轳R鈴薯食用形態(tài)不同所導(dǎo)致，西方國(guó)家對(duì)馬鈴薯加工多采用油炸及烘烤等方式，而該種加工方式會(huì)產(chǎn)生較多不利于人體健康的化學(xué)物質(zhì)[30]。

本研究尚存在一定局限性。首先，本研究中研究對(duì)象僅以女性青少年為目標(biāo)群體開(kāi)展，而對(duì)男性青少年的影響效果尚需進(jìn)一步驗(yàn)證;研究對(duì)象數(shù)量?jī)H15例，但研究采用組內(nèi)干預(yù)對(duì)象自身前后對(duì)照及組間自由膳食及小麥饅頭平衡膳食對(duì)照設(shè)計(jì)，更易比較分析其干預(yù)前后變化。其次，本研究對(duì)干預(yù)前后對(duì)研究對(duì)象膳食攝入狀況并未進(jìn)行精確定量分析，但通過(guò)食堂食物購(gòu)買記錄單進(jìn)行膳食類別定性分析，同樣可反映研究對(duì)象膳食結(jié)構(gòu)的基本狀況?；谝陨戏治?，本研究認(rèn)為，長(zhǎng)期連續(xù)攝入30%的馬鈴薯饅頭，并不會(huì)引起人體腸道菌群結(jié)構(gòu)的顯著變化。◇

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Effect of Steamed Potato Bread Intake in Female Adolescents on Gut Microbiota

XU Hai-quan，GUO Yan-zhi，MA Yun-qian，LU Shi-jun，SUN Jun-mao

（Institute of Food and Nutrition Development，Ministry of Agriculture and Rural Affairs，Beijing 100081，China）

Abstract：A randomized controlled trial including steamed potato bread group（30% potato flour），steamed wheat flour bread group（100% wheat flour）and free diet group was carried out for 8 weeks.15 female adolescents were selected for evaluation the effect on gut microbiota.The results showed that the changes of OTUs of the gut microbiota in steamed wheat flour bread group，steamed potato bread group and free diet group were -12.9%，+3.3%and -5.1%，respectively.Both the abundance of 4 major microbiota at phylum level（Bacteroides，F(xiàn)irmicutes，Proteobacteria and Actinomycetes）and the abundance of 8 major common microbiota at genus level（Prevotella?，Bacteroides，F(xiàn)aecalibacterium，Roseburia，Bifidobacterium，Sutterella and Ruminococcus）all showed the smallest change in the steamed potato bread group.The Alpha diversity indexes and the Beta diversity indexes also showed the smallest changes in the steamed potato bread group after the intervention.It indicated that no significant changes in the structure of the human gut microbiota being found because of 30% potato steamed bread intake for long-term continuously.

Keywords：gut microbiota;potato;staple food;adolescent

（責(zé)任編輯?李婷婷）