飲食的改變會改變人體的微生物群，對健康造成潛在的影響。根據以往的研究，飲食驅動的微生物群變化不僅可以導致失調，還可以塑造生活史特征，推動人類進化?？紤]到環(huán)境、健康和進化是相互關聯的，那么飲食驅動的微生物群干擾是否會產生超出其對人類健康直接影響的后果？

最近德國科學家指出，飲食結構的變化會導致微生物組宿主基因配置不匹配，從而影響人類的壽命和繁殖成功。 這些失配也可引起可遺傳的全功能體(holobiont)應激反應，這促使全生命周期在變化的營養(yǎng)環(huán)境中重新建立平衡。 

該研究介紹一個前瞻性的模型，其中的微生物組在現代人類適應環(huán)境變化中發(fā)揮作用。假設飲食變化重新配置了整合人類微生物群中表觀遺傳控制的平衡健康狀態(tài)。這種重新配置是一把雙刃劍。一方面，它可能通過調節(jié)完整生物的生命史特征（如壽命和繁殖）的表達而增加疾病的風險和嚴重性。另一方面，它有助于重新調整全功能體（holobiont）系統(tǒng)與新的營養(yǎng)環(huán)境，利用宿主基因和微生物組之間的不匹配產生的壓力。

簡單籠統(tǒng)的說，就是該機制框架將兩個迄今聯系不充分的辯論聯系起來：全球氣候變化對飲食的影響，以及微生物組，表觀基因組和宿主之間的復雜關系。

這些假設的動態(tài)不必只與正在進行的氣候變化相耦合，也不必只適用于人類全息生物。相反，微生物群-表觀基因組-免疫軸中的類似動力學可能是對過去非人為氣候變化的反應，并對我們和其他物種的進化軌跡作出了貢獻。

氣候變化與飲食

氣候變化可以通過多種途徑影響人類健康。到目前為止，關于氣候變化對人類健康的影響的公眾關注和科學研究主要集中在氣候災難（例如洪水，熱浪和流行?。┊a生的CO2排放和健康風險上。盡管仍然相對罕見，但隨著氣候變化，這些災難預計會變得更加頻繁和嚴重。

在這些事件中暴露于危險條件的風險很高，幸存者可能會遭受長期的健康危機（例如，運動功能喪失）的困擾。隨著時間的推移，這些風險會積累。飲食就是其中一種途徑。

氣候變化和經濟發(fā)展壓力會影響許多影響人類飲食的因素，包括作物產量，耕作方式和飲食習慣。農作物的生產耕作以及烹飪方式可能在正在改變以適應人類的飲食習慣。 氣候變化，對飲食有明顯影響。 例如，對玻利維亞八個Aymara社區(qū)的案例研究發(fā)現，農民在介紹他們認為更堅固的農作物的同時，種植了他們認為更易受氣候影響的作物，例如塊莖旱金蓮（一種不一樣的土豆）。

飲食變化對人類健康和進化有何后果？ 雖然氣候變化與飲食之間的聯系在文獻中可能已經很好地確立，但飲食變化轉化為健康后果并幫助產生新的表型性狀的機制仍需要闡明。

飲食變化和人類健康

飲食攝入可能通過影響寄主的表觀遺傳學和寄主的微生物組而影響健康。 此外，宿主與微生物組之間存在復雜的表觀遺傳關系，表觀遺傳現象可能會影響進化。 

在此基礎上，德國科學家Francesco Catania和Jan Baedke提出了一個模型，該模型考慮了表觀遺傳機制與人類微生物組之間的相互作用以及它們與宿主遺傳學的串擾。 并且認為，將人類概念化為靈活的生態(tài)系統(tǒng)或整體生物可能有助于揭示與飲食有關的變化對人類健康的某些后果，并提供對人類后代的預測歷史特征和適應能力。 

在該模型中，氣候變化引起的飲食變化會通過營養(yǎng)不良增加健康風險。 同時，這些過程促使微生物組重新配置，從而觸發(fā)跨代對環(huán)境變化的適應性反應。 作為實現這些短期和長期影響的關鍵途徑，我們確定了微生物組-表觀基因組-免疫軸。 

飲食、人類健康和表觀遺傳學飲食對人類健康有重大影響。不同的飲食和飲食模式可以調節(jié)個體間的變異性（例如，增加心血管疾病的風險）。飲食有助于出生體重，這是嬰兒和兒童健康以及成人疾病易感性的主要預測因素。飲食也會影響壽命和繁殖。例如‘飲食限制’，在不饑餓的情況下減少食物攝入量可以上調應激反應和先天免疫的相關途徑，下調不同物種間生長和繁殖的相關途徑。

飲食也可以有長期的影響，代際后果。由于營養(yǎng)不良（即營養(yǎng)過?；驙I養(yǎng)不足）導致免疫狀態(tài)受損的父母的后代本身也經常受到免疫系統(tǒng)的干擾。

此外，為了應對父母飲食能量的增加，后代表現出較高的促炎性和抑制的抗炎性。然而，在某些條件下，飲食的改變也可能對后代的健康產生相反的積極影響。在一個例子中，一組瑞典北部人的孫子孫女經歷了幾代人的作物短缺器，他們的死亡率和心血管疾病的風險較低，與前幾代人相比，這些研究中的一些暗示了飲食對人類健康影響的表觀遺傳機制。

從飲食到微生物的表型

近年來，微生物組群已成為環(huán)境因素（如營養(yǎng)模式）與人類健康之間的一個新中介。人類微生物群包括定植于人類皮膚、胎盤、子宮、精液、肺、唾液、口腔粘膜、結膜，尤其是胃腸道的所有細菌、古細菌、真菌、原生生物和病毒。如果我們將人類視為一個完整的生態(tài)系統(tǒng)及其微生物群。那么，微生物群提供了大量的生態(tài)系統(tǒng)服務。通過生態(tài)系統(tǒng)服務，刺激免疫系統(tǒng)并塑造其發(fā)育，有助于神經系統(tǒng)的發(fā)育和功能，微量營養(yǎng)素的合成，營養(yǎng)素的消化和吸收，以及能量調節(jié)。

這些生態(tài)系統(tǒng)服務的可靠性取決于宿主與其微生物組之間的有效串擾，而這種串擾受飲食模式的影響。因此，根據最近的建議，氣候變化引起的飲食或生活方式的改變也可能影響宿主的健康狀況。

事實上，人類健康狀況的變化腸道微生物群（例如，由于在食品生產中越來越多地使用抗生素）與各種疾病的發(fā)生和發(fā)展有關，如自身免疫疾病，癌癥，代謝紊亂和精神障礙，如抑郁癥，通過所謂的“腸-腦軸”。然而，這種關系的分子基礎以及表型與微生物組的組成和豐度之間聯系的范圍和強度仍然不清楚。

世代之間的微生物組

已經提出了微生物群建立、穩(wěn)定性和跨代傳播的多種進化和生態(tài)模型。人類宿主與其駐留微生物群之間的廣泛串擾表明它們已經共同進化或可能已經共同適應，即人類微生物群已經與宿主共同進化，適應人類生態(tài)系統(tǒng)并發(fā)展互利。與此觀點一致，在人類生態(tài)系統(tǒng)中只有一小部分已知細菌菌群存在 。整體全息圖關聯也可能反映了一種單方面的適應過程（例如，宿主已適應其微生物，但微生物未適應其宿主）。 

但是如何實現微生物組與人類宿主之間的共同進化或單方面的適應或共同適應？

這個問題對于理解飲食對人類健康和進化的影響至關重要。共進化意味著微生物組必須世代遺傳和/或忠實獲得。但是這是怎么做到的呢？

微生物群的構型在生命的早期就受到很大影響。在成年人中，微生物群保持一定程度的靈活性，這種靈活性可能在一定程度上受到環(huán)境條件和因素的調節(jié)，如宿主的遺傳背景、行為和生活方式、性別和年齡。因此，微生物組分的跨代復發(fā)至少在一定程度上依賴于生命早期展開的生物過程。

在人類中，母體環(huán)境似乎有助于嬰兒腸道的細菌定植。然而，這種母體貢獻是部分的，因此不足以保證類似于遺傳信息的可靠傳播。穩(wěn)定的（環(huán)境遺傳的）文化和行為模式可以彌補宿主-微生物群關系的跨代穩(wěn)定性不足。 例如，穩(wěn)定的喂養(yǎng)方式，分娩方式和衛(wèi)生習慣中的文化模式會導致嬰兒期相似的微生物連續(xù)定居。 與其他動物一樣，社會互動和網絡可能會打開微生物傳播的渠道。

最后，宿主遺傳學也可能在微生物組（尤其是腸道）的獲取，維持和穩(wěn)定中發(fā)揮重要作用。 基因決定的免疫特性，連同微生物細胞之間的競爭，可能有助于調節(jié)和維持給定生態(tài)位空間中微生物種群的適當組成和水平?？傊?，垂直和水平傳播以及宿主基因有助于微生物組的跨代穩(wěn)定性。

宿主表觀基因組對微生物定殖的貢獻與將表觀遺傳變化（如DNA甲基化、組蛋白修飾、非編碼RNA的調控）與微生物群定殖和功能性聯系起來的研究一致。這也與研究改變微生物群表觀遺傳修飾的報告一致與疾病的發(fā)生有關。

宿主表觀基因組既可以形成，也可以由獲得的微生物群形成。獲得的微生物群可以影響宿主的食欲、攝食行為和食物選擇，進而影響基因調節(jié)和調節(jié)免疫反應。

因此，建議微生物群不僅可以通過各種模式和渠道穩(wěn)定地傳播和獲取。 它也可以重塑宿主表觀基因組。 這種表觀遺傳重塑會影響后代的發(fā)育，從而有效地將當前的環(huán)境變化（如飲食變化）與宿主的發(fā)育，代謝和免疫過程的未來變化聯系起來。 

表觀和微生物組重塑的這種相互過程可能會在各個世代之間展開，直到整個全功能系統(tǒng)達到平衡狀態(tài)（宿主－微生物組匹配）為止。

全功能生物的微生物群-表觀基因組-免疫軸。（1） 氣候變化改變了人類的飲食。（2） 與氣候變化相關的飲食變化會影響微生物組（例如，影響微生物多樣性、成分或代謝物）、宿主的表觀基因組（例如，通過攝入改變基因表達的化合物）和宿主免疫系統(tǒng)（例如，營養(yǎng)不足可延遲對病原體的免疫反應）。（3） 在人體內，微生物群、宿主表觀基因組和宿主免疫系統(tǒng)之間的相互作用是廣泛而動態(tài)的。宿主DNA和環(huán)境會影響這種串擾（例如，表觀遺傳因素標志著微生物定殖的宿主生態(tài)位，這一過程也由免疫系統(tǒng)決定）。飲食介導的效應可以使微生物組、表觀基因組和免疫系統(tǒng)之間的關系失去平衡，并在世代內和世代間對全息生物特性產生影響。（4） 同時，人類全息生物通過潛在的下游反饋積極地改變其環(huán)境（例如，通過文化生態(tài)位構建）

從飲食變化到疾病適應

擴展上述命題，假設微生物物種的優(yōu)勢和復發(fā)及其在人類中的功能部分反映了可以跨代傳遞生態(tài)信息的保守的表觀遺傳調控過程。這些表觀遺傳過程可直接（例如，通過生態(tài)位特異性基因調控）和/或間接（例如，通過免疫系統(tǒng)的可塑性選擇性）指導宿主的微生物定殖。

進一步假設“微生物組表觀基因組免疫軸”對與氣候變化相關的飲食、飲食習慣和壓力相關的營養(yǎng)變化敏感。充分的飲食改變改變了宿主的表觀基因組，進而改變了宿主的微生物組。同時，它們影響微生物的定殖過程，并通過這一過程影響宿主的表觀基因組。這些動態(tài)變化在宿主的基因組成和非基因成分之間產生了不同程度的不匹配，從而產生了兩個關鍵效應和權衡。

首先，全功能體內的生態(tài)系統(tǒng)服務可能被破壞，有害表型可能出現。這與通常提出的異常腸道菌群組成與肥胖癥、炎癥性腸病、和其他疾病之間的聯系一致。然而，改變常駐或定植微生物群，如抗生素使用、飲食變化和人為影響也可能產生非疾病表型。

先前的研究表明，一方面，完整生物環(huán)境（即導致微生物組分和代謝能力失衡的環(huán)境）與生命早期先天免疫系統(tǒng)活性降低以及生命后期適應性免疫系統(tǒng)（AIS）的過度刺激有關。AIS過度刺激可能會增強免疫失火，從而促進自身免疫疾病的發(fā)生。

另一方面，AIS過度刺激可能會增強全功能體生物的防御機制，這種機制通常會隨著年齡的增長而惡化，從而延長生物的壽命。AIS過度刺激導致的增強的免疫失火預計會降低妊娠至足月的幾率。例如，自身免疫性疾病系統(tǒng)性紅斑狼瘡增加了妊娠丟失、臨產前分娩和胎盤功能不全的風險。因此，在增加疾病的風險，飲食相關的改變也可能延長壽命，降低人類的生育成功率。

其次，宿主的基因組成與其微生物組之間的不匹配可能會產生生物內部的壓力，這可能會對生物的組成部分施加不同程度的壓力。這種壓力類似于在宿主-病原體相互作用中或在本地物種和入侵物種之間的生物入侵過程中出現的壓力。例如，宿主-微生物組錯配可能會觸發(fā)不期望的免疫反應，從而削弱宿主，同時在本地（即共同進化的）微生物組分受到破壞后，為定植創(chuàng)造生態(tài)位空間。因此，這種不匹配代表了獲得適應性變化的第一步。

要理解這一進化過程，首先必須注意的是，寄主的基因組成和微生物群之間的不匹配可以由后代遺傳。更具體地說，完整生物的表觀基因組可能通過表觀遺傳修飾的直接傳遞或表觀遺傳標記的從頭誘導從母親傳給胎兒。這些反復出現的表觀遺傳模式有利于后代完整生物中親本微生物組群的重新配置。這意味著患有自身免疫性疾病的個體的后代可能通過非基因遺傳表現出相同的特征。與此相一致的是，具有適度遺傳力和共同環(huán)境風險因素的自身免疫性疾病通常會跨代復發(fā)。該模型的一個含義是，人類父母和后代壽命之間的正相關部分反映了跨代表觀遺傳，與先前的觀察和其他物種的發(fā)現一致。

與上一代相比，根據宿主基因（其中一半遺傳自母親，另一半遺傳自父親）和環(huán)境（可能相對恒定或世代不同）之間的不匹配程度，后代完整生物反復出現的生理或免疫反應可能減弱或加劇。

在一個基本不變的環(huán)境中，表型性狀的代際轉換可能是有方向的，并趨向于局部最優(yōu)?；蛘撸敪h(huán)境不斷變化時，代際轉換可能是波動和不規(guī)則的。最簡單的情況是，代際環(huán)境基本不變，遺傳變異性很小，全生命體內的壓力有助于恢復生命史特征之間的失調前關系（即，生殖成功率的增加以壽命為代價）。

更一般地說，我們假設，人口的平均適合度有一種自然趨勢，即在健康平衡中斷時反彈（下圖）。類似的動態(tài)也與“輔助基因流”有關，通過這種做法，合適的基因型被重新定位，以幫助當地人口跟上氣候變化的步伐。這種非當地基因型的重新定位可能會導致繁殖抑制，從而降低人口相對于親本人口的平均適應度。然而，這種健康狀況的下降通常是暫時的。當地人口在幾代之內恢復，可能獲得比引進移民基因型之前更高的平均適應值。

整體人的健康和適應飲食變化的適應能力。 飲食變化會觸發(fā)宿主微生物組失配，從而擾亂整個節(jié)肢動物（例如，在宿主體內觸發(fā)不良的免疫反應），同時促進其適應性反應（例如，通過為新型微生物定殖創(chuàng)造適當的空間）。 箭頭描繪了由于氣候變化引起的飲食轉變而引發(fā)的人類全生命周期的進化軌跡。 在第一階段（紅色箭頭）描述了與飲食變化相關的整體全息內應力。 在這里，整體人面臨著疾病的易感性，例如過敏性和自身免疫性疾病，這些疾病可能是表觀遺傳的。 在這種不穩(wěn)定的健康狀態(tài)下，整體類人承受著促進獲得微生物，遺傳和非遺傳變異的壓力，最終使整體類人達到了新的平衡（綠色箭頭）

重新建立宿主-微生物平衡

影響表型狀態(tài)遺傳的表觀遺傳機制有助于在新環(huán)境中建立最佳適應度。除此之外，還可能發(fā)生重新建立宿主-微生物和諧關系的基因變化。免疫、生殖和壽命相關的宿主基因是上述許多可塑性的基礎。因此，這些基因的變化有助于重建生態(tài)失調前的宿主-微生物平衡。事實上，這些基因在人類適應中起著重要作用，是最常見的候選選擇目標之一。

遺傳變化也可能在全功能體生物的微生物成分中積累。應激誘導的突變提高了微生物的突變率，加速了有益基因變體的出現。此外，微生物組對應激（暴露于有毒物質）的快速適應和抗性細菌的選擇可能使宿主的后代產生更高的毒性耐受性。這可能通過不同的微生物傳播途徑遺傳。最后，微生物組對新飲食的適應可能解釋了人類食用海藻的原因，]奶牛的草食進化，吸血蝙蝠的嗜血性。例如，有人認為，應對吸血蝙蝠新飲食所需的形態(tài)、免疫和生理適應的很大一部分并不是由于宿主的基因組適應，而是由普通蝙蝠功能核心微生物群中基因的正選擇驅動的。因此，由于微生物組的適應性變化，全功能體生物可能進化出適應營養(yǎng)挑戰(zhàn)的解決方案。宿主基因組的適應性變化可能伴隨也可能不伴隨微生物組的重組。

總而言之，與飲食相關的生物體內應激可能會促進宿主和微生物群的遺傳和非遺傳變化，這些變化可能會傳染給下一代。雖然這些變化可能會增加疾病易感性，但也可能有助于重新調整宿主和微生物群的利益。宿主與其微生物群之間重新建立的和諧串擾（如果實現）表明了全息生物在新環(huán)境中的最佳綜合性能。

全局視角

除了對全基因組方法的擴展之外，該模型還提供了“健康”或“有利”微生物組的操作定義，即微生物聯合體，不僅與宿主的生活方式、社會文化和環(huán)境環(huán)境相協調，而且在很大程度上，以及它的遺傳背景。這些聯盟不需要由固定物種組成。由于相當多的代謝冗余，具有相同功能的基因分布在許多細菌物種中。這使得一個“健康”的腸道微生物組群能夠以多種不同的方式組合起來，并允許在宿主世代間丟失或重新發(fā)現微生物類群。這一定義有助于實施“精確”腸道微生物組群調節(jié)的最佳治療策略。

微生物組通常被認為是許多慢性疾病（如自身免疫疾?。┲委煾深A的有效靶點，前提是改變的微生物組與某種疾病有因果聯系，目前減輕與局部疾病相關的健康挑戰(zhàn)的醫(yī)療干預形式有可能減輕或抑制生物體內的壓力。

在該模型支持下，意味著醫(yī)療干預也延遲了潛在適應性變異的出現?；卺t(yī)學干預放松了對疾病相關基因變異的自然選擇這一觀點，先前也得出了質量上類似的結論。最后，如果模型是正確的，目前未能解釋表觀遺傳微生物背景和代際影響阻礙了我們對許多疾病的理解。通常與癌癥等風險增加相關的特定基因變異，只有在與相關（微）環(huán)境因素相結合的情況下才可能是重要的。

到目前為止，很少有生物學家認為發(fā)育中有機體的微生物群是有偏見和快速適應性變異的潛在來源，尤其是在人類中。

該研究提出的大視野，跨時空觀點需要理解全功能生物體既是一個免疫個體，也是一個進化個體。

為了研究這兩者之間的復雜糾纏。首先需要掌握人類微生物變異的限度和范圍，了解在環(huán)境變化面前（腸道）微生物群落的重組是如何廣泛和迅速的。

第二個挑戰(zhàn)是了解人類群體之間和內部腸道微生物變異性的差異是否會導致對氣候變化相關營養(yǎng)挑戰(zhàn)的不同健康和進化反應。

最后，為患者量身定制的醫(yī)療應用程序的開發(fā)不應將人類個體視為與氣候變化相關的健康干預措施的唯一目標。相反，全功能生物體的集體應被視為潛在患者。它復雜的內部關系、串擾和權衡需要成為人們關注的焦點。

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網址: 氣候變化通過影響飲食塑造微生物決定人類進化？ http://www.gysdgmq.cn/newsview120442.html