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以五谷杂粮、蔬菜水果、鱼类、豆类和橄榄油为主要食物，且食材选择以及烹调方式遵循天然原则的饮食模式，见于希腊、西班牙等处于地中海沿岸地区人民群众中，长久以来广泛为人称道，这就是地中海饮食方式。
地中海饮食的食物种类主要有：天然水果、天然蔬菜、橄榄油、油醋、乳品类和酸奶、天然谷类、豆类与坚果、适量的鱼肉、少量的肉。饮食中的天然水果和蔬菜富含了抗氧化物质和多酚物质，提高人体免疫力与抵抗力；深海鱼类富含DHA物质与坚果中的矿物质一道，延缓脑部老化，帮助逆转代谢综合征。地中海饮食的烹饪方式也同样追求天然，不食用加工食品；不添加化学添加剂组成的调味料，选择天然的水果、果醋或者香草来调味；以最符合人体健康需求的橄榄油来替代高脂肪的奶油或者沙拉油；并且坚持运用低温烹调取代高温烹调。
研究发现，地中海饮食能减少恶性肿瘤的发生率，且能有效缓解其恶化程度。饮食中适当增加维生素A、C、E、叶酸、植物油的摄入量，胃癌发病率可降低；长期摄入高水平纤维素者，大肠癌几率比低摄人者降低25％，其机制可能包括：膳食纤维素促进丁酸盐等短链脂肪酸生成、增加G氧化及脂质直接生成途径中的代谢关键酶，如甘油三酯脂肪酶、乙酰辅酶A羧化酶、脂肪酸合成酶等，从而降低血脂，减少胆固醇合成并增加胆汁中胆固醇的排泄，以及免疫炎症调控。
地中海饮食中的蔬菜、番茄酱、鱼等能降低前列腺癌的死亡率及缓解恶化程度。橄榄油中的生物活性物质羟基酪醇,具有较强的抗氧化活性和促进线粒体生成的生物学活性，可以抑制多种肿瘤包括结肠癌、前列腺癌和乳腺癌等增殖,其作用机制可能与内皮生长因子受体抑制,促进凋亡以及生成过量ROS或羟基酪醇的自氧化有关。橄榄油中丰富的不饱和脂肪酸，如ω-3多不饱和脂肪酸能降低癌肿中营养物质(亚油酸)的数量，使癌肿失去其生长所需的营养，抑制肿瘤细胞生长，增加放疗及化疗的效果。
一项针对2个地中海国家的肝癌病例对照研究，采用MDS评估地中海饮食依从性，结果发现MDS≤3分比MDS≥5分的对象其肝细胞癌的发生率降低50％，且地中海饮食依从性差的对象发生慢性甲型肝炎和乙型肝炎感染的风险增高。另有美国最新研究表明，饮食会影响雌性哺乳动物乳腺中微生物种群的组成，并对乳腺癌的生成产生影响。遵循地中海饮食模式是预防疾病的一种健康有效方式，即使不能严格遵循地中海饮食，了解其组成部分，适当做出调整，也可促进个体健康。
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