第1章 食物、營養與健康概述1
1.1 現代營養學發展歷程 1
1.2 營養素與健康 2
1.2.1 維生素、礦物質、魚油膳食補充劑 2
1.2.2 三大產能營養素(脂肪、碳水化合物與蛋白質)4
1.3 食物組、膳食模式與健康5
1.4 精準營養與單樣本隨機對照試驗(n-of-1試驗)概述7
1.4.1 精準營養 7
1.4.2 基于 n-of-1 單樣本隨機對照試驗的營養干預研究 8
1.5 小結與展望 9
參考文獻10
第2章 腸道菌群研究進展13
2.1 腸道菌群的初始定植與穩定13
2.1.1 產前因素對生命早期腸道菌群的影響15
2.1.2 分娩方式對生命早期腸道菌群的影響17
2.1.3 早產與腸道菌群初始定植18
2.1.4 母乳喂養與生命早期腸道菌群的發展20
2.2 腸道菌群與宿主健康21
2.2.1 腸道菌群與代謝相關疾病23
2.2.2 腸道菌群與自身免疫性疾病25
2.2.3 腸道菌群與神經相關疾病26
2.2.4 腸道菌群與其他疾病27
2.3 宿主基因、環境與腸道菌群 28
2.3.1 宿主遺傳對腸道菌群的影響28
2.3.2 環境因素對腸道菌群的影響29
參考文獻32
第3章 宏量營養素與腸道菌群45
3.1 碳水化合物與腸道菌群45
3.1.1 碳水化合物的分類45
3.1.2 腸道菌群與碳水化合物的消化、吸收和代謝 47
3.1.3 碳水化合物對腸道菌群的影響48
3.1.4 腸道菌群利用碳水化合物調節宿主代謝50
3.2 脂類與腸道菌群50
3.2.1 脂類的分類51
3.2.2 膳食脂肪酸與腸道菌群的關系51
3.2.3 膳食脂肪酸與腸道菌群的互作機制54
3.2.4 膳食脂肪酸、腸道菌群互作與宿主健康 56
3.3 蛋白質與腸道菌群57
3.3.1 腸道菌群影響膳食蛋白質的消化、吸收及代謝 57
3.3.2 膳食蛋白質對腸道菌群組成及功能的影響60
3.3.3 腸道菌群酵解蛋白質產物及其健康效應61
3.4 小結與展望 63
參考文獻63
第 4章 微量營養素與腸道菌群74
4.1 維生素與腸道菌群75
4.1.1 脂溶性維生素75
4.1.2 水溶性維生素80
4.2 礦物質與腸道菌群85
4.2.1 常量礦物質元素與腸道菌群85
4.2.2 微量礦物質元素與腸道菌群92
4.3 小結與展望 101
參考文獻103
第5章 膳食纖維與腸道菌群 112
5.1 膳食纖維 112
5.1.1 膳食纖維的定義和來源 112
5.1.2 膳食纖維的分類 113
5.1.3 膳食纖維的理化特性 114
5.2 膳食纖維對腸道菌群的影響 116
5.2.1 膳食纖維對腸道菌群結構的影響 116
5.2.2 膳食纖維對腸道菌群組成的影響 117
5.2.3 不同膳食纖維攝入量對菌群的作用 119
5.3 腸道菌群與膳食纖維代謝 120
5.3.1 膳食纖維是腸道菌群代謝的底物 120
5.3.2 腸道菌群與膳食纖維發酵 121
5.4 腸道菌群代謝膳食纖維的關鍵產物——短鏈脂肪酸 122
5.4.1 短鏈脂肪酸的生物合成、吸收和分布122
5.4.2 短鏈脂肪酸是脫乙酰酶抑制劑 123
5.4.3 短鏈脂肪酸是G蛋白偶聯受體的配體 124
5.5 膳食纖維與腸道菌群互作對疾病的影響 125
5.5.1 腸道黏液層完整性和腸腔內氧氣水平 125
5.5.2 肥胖和 2型糖尿病 126
5.5.3 免疫系統疾病 127
5.5.4 哮喘 128
5.5.5 神經系統 129
5.5.6 癌癥 129
5.6 小結與展望 130
參考文獻131
第 6章 膳食模式、食物與腸道菌群138
6.1 膳食模式及食物與腸道菌群的關系 139
6.1.1 地中海飲食模式 139
6.1.2 健康飲食指數 140
6.1.3 植物性飲食 142
6.1.4 膳食多樣性 144
6.1.5 以數據驅動的膳食評價模式 145
6.2 特殊人群膳食模式與腸道菌群的關系 146
6.2.1 素食 146
6.2.2 間歇性禁食 147
6.2.3 生酮飲食 148
6.2.4 低發酵飲食 149
6.3 單一食物組與腸道菌群的關系 150
6.4 轉變膳食模式對腸道菌群影響的時間效應 151
6.4.1 短期膳食模式更迭對腸道菌群的影響 151
6.4.2 膳食習慣對腸道菌群的長期影響 152
6.4.3 長期與短期膳食模式對菌群的影響對比 153
6.5 個性化應答與精準營養 153
6.5.1 造成膳食個性化應答的潛在影響機制154
6.5.2 基于腸道微生態的精準營養 155
6.6 個性化營養應答研究實例 155
6.7 小結與展望 157
參考文獻159
第7章 基因組學在營養與腸道菌群研究中的應用 167
7.1 基因測序技術在微生物研究中的應用 167
7.1.1 常見的微生物基因組測序技術 167
7.1.2 微生物組組成和功能的研究方法 170
7.1.3 微生物組遺傳組成對宿主健康的影響 172
7.2 宿主遺傳變異與腸道菌群的交互作用 173
7.2.1 宿主遺傳對腸道微生物的影響 173
7.2.2 宿主遺傳、營養與腸道菌群的關系179
7.3 腸道微生物與宿主表觀遺傳修飾 181
7.4 小結與展望 182
參考文獻183
第 8章 機器學習在營養與腸道菌群研究中的應用 187
8.1 機器學習概述 187
8.1.1 機器學習發展歷程 187
8.1.2 機器學習基本概念 188
8.1.3 機器學習在腸道菌群研究中的應用189
8.2 機器學習模型評估與選擇 190
8.2.1 模型誤差與過擬合 190
8.2.2 評估方法190
8.3 監督學習方法 191
8.3.1 線性模型192
8.3.2 決策樹 194
8.3.3 集成學習 197
8.3.4 神經網絡與深度學習 197
8.4 無監督學習方法 198
8.4.1 聚類 198
8.4.2 主成分分析 200
8.5 機器學習在精準營養研究中的應用 202
8.6 小結與展望 204
參考文獻206
第 9章 代謝組學、蛋白質組學技術在營養與腸道菌群研究中的應用208
9.1 代謝組學技術在營養與腸道菌群研究中的應用 208
9.1.1 代謝組學技術概述 208
9.1.2 代謝組學在營養研究中的應用 209
9.1.3 代謝組學在腸道菌群研究中的應用 212
9.2 蛋白質組學技術在營養與腸道菌群研究中的應用 216
9.2.1 蛋白質組學技術概述 216
9.2.2 蛋白質組學在營養研究中的應用220
9.2.3 蛋白質組學在腸道菌群研究中的應用 222
9.3 小結與展望 224
參考文獻225
第 10 章 統計方法應用及舉例232
10.1 微生物組數據特征232
10.1.1 組成性 233
10.1.2 稀疏性 234
10.1.3 高維性 235
10.2 微生物組多樣性分析236
10.2.1 多樣性定義與生信分析 236
10.2.2 α多樣性 236
10.2.3 β多樣性 237
10.2.4 常用分析方法與案例 237
10.3 微生物組物種分析239
10.3.1 菌群物種分類注釋及常用數據庫 239
10.3.2 常用分析方法與案例 243
10.4 微生物組功能分析243
10.4.1 菌群功能注釋分類及常用數據庫 243
10.4.2 常用分析方法及案例 247
10.5 縱向數據分析與因果推斷248
10.5.1 縱向數據分析介紹及方法 248
10.5.2 微生物組的因果推斷 250
10.6 小結與展望 251
參考文獻252
第 11章 展望255
11.1 從營養素研究到膳食模式創新255
11.2 大規模的營養微生物組隊列研究255
11.3 營養遺傳學與腸道微生物組 256
11.4 非細菌的腸道微生物組與營養互作研究256
11.5 深入的機制探索和菌群代謝物挖掘256
索 引 258