近几十年来，全球范围内肥胖、胰岛素抵抗和2型糖尿病等代谢性疾病呈爆发性流行趋势。研究表明，结构失衡的肠道菌群可能参与了肥胖等代谢性疾病的发生、发展过程。肠道中革兰氏阴性菌细胞壁组分脂多糖（lipopolysaccharides,LPS）具有内毒素活性并激活宿主免疫反应。高脂、高热量等不良饮食导致的菌群结构失衡，革兰氏阴性菌含量增加，肠通透性与宿主循环水平LPS升高，即“代谢性内毒素血症”可能是诱发系统慢性炎症、胰岛素抵抗和肥胖的重要机制之一。该机制的提出为通过营养/膳食干预等方式调节肠道菌群结构组成或代谢活性，防治代谢性疾病提供了理论基础。本论文分析以肠道菌群为靶点的膳食干预对肥胖人群代谢异常的改善作用，并以体外Caco-2细胞模型探讨菌群结构变化在该过程中的可能作用机理。　　首先，基于肠道菌群在肥胖等代谢性疾病发病过程中的作用及饮食对其结构的可塑性，本研究设计了一套由全粮、中医药食同源食品和益生元组成的膳食配方，该配方可满足人体自身的营养需求，又有益于平衡肠道菌群结构。本研究招募123名中心性肥胖志愿者（身体质量指数，body mass index,BMI≥28kg/m2），其中93名完成为期23周（0-9周为严格干预期，10-23周为观察维持期）的自身对照（self control design）膳食干预实验。至干预结束，人群平均减重5.79±4.64kg（减重百分比为6.62±4.94％），同时胰岛素敏感性、糖代谢、脂代谢、血压和肝功能等代谢表型均得到显著改善。对粪便样本454焦磷酸测序发现，肠道中部分条件致病菌，包括肠杆菌科（Enterobacteriaceae）和脱硫弧菌科（Desulfovibrionaceae）数量在干预后显著下降；而具有肠屏障保护功能的双歧杆菌科（Bifidobacteriaceae）细菌含量增加。肠通透性指标乳果糖/甘露醇比例相比干预前下降，验证了肠屏障功能的增强。血清中脂多糖结合蛋白显著降低，同时伴随着C反应蛋白，促炎细胞因子肿瘤坏死因子α、白介素6的降低和抗炎细胞因子脂联素的升高。上述结果表明，该膳食干预可有效地改善肥胖患者的代谢综合征各类症状，并可能是通过调节肠道菌群结构以增强肠屏障功能，减轻循环水平抗原载荷量，最终改善慢性炎症反应和减轻胰岛素抵抗实现的。　　进一步地，粪便中的液相组分，即粪便提取液中含有食物成分、人体自身和肠道菌群代谢物及结构组分等物质，对肠道上皮细胞产生细胞毒性、遗传毒性、免疫毒性等生物活性作用，并影响肠屏障功能和相关基因表达等。因样本采集的非侵害性和对危险因素的灵敏性，粪便提取液成为营养、肠道菌群与人体健康研究中的重要生物标记物。本研究采用人结肠腺癌Caco-2细胞系建立粪便提取液生物活性评估模型，在优化粪便提取液制备过程基础上研究粪便提取液的细胞毒性、对肠屏障及组织损伤修复功能的影响、以及对炎性细胞因子和紧密连接蛋白表达的调节等，探讨膳食干预改善代谢综合征可能的生理生态学机制。　　以粪便提取液中总有机碳（total organic carbon,TOC）含量为浓度标记物，校正样本之间因个体饮食、生活方式、肠道菌群、粪便形态组成和提取方法、效率等因素导致的生物活性物质总量的差异。细胞毒性结果表明，膳食干预显著降低了粪便提取液对细胞代谢活性的损伤和细胞毒性。同时，干预前的粪便提取液对组织发生损伤后细胞迁移与损伤修复具有抑制性，而这种抑制作用在干预后明显减轻。通过对Caco-2细胞形态学、跨膜电阻值（transepithelial electrical resistance,TEER）、苯酚红通透率及肠道碱性磷酸酶活性等指标的监测，确定Caco-2细胞肠屏障模型构建成功。干预前的粪便提取液显著降低TEER值，破坏正常的肠屏障功能；膳食干预显著改善粪便提取液对TEER的影响。最后，mRNA水平发现干预上调了Caco-2细胞紧密连接蛋白，并抑制促炎细胞因子基因表达。至此，膳食干预不仅调节了肠道菌群结构，而且改变粪便提取液代谢物组成，增加短链脂肪酸含量，减轻其对Caco-2的细胞毒性，促进细胞迁移与组织损伤修复速率，并显著改善体外肠屏障功能。粪便提取液的生物学活性评估模型可应用于代谢性疾病的风险评估和食物成分或膳食干预防治效果评价。　　综上，本研究通过以肠道菌群为靶点的肥胖人群膳食干预，调节并平衡肠道菌群结构以增强宿主肠屏障功能，减轻抗原载荷量与炎症反应，最终改善代谢异常。粪便提取液的生物学活性评估对这一因果关系链中关键环节的分子机制做了初步探讨，并可作为营养、肠道菌群与人体健康关系研究，代谢性疾病风险和膳食干预效果评价的重要生物标记物。