食物進(jìn)入腸腔后與腸道微生物群相互作用，在此過程中，腸道微生物群對飲食中的碳水化合物進(jìn)行分解、轉(zhuǎn)化，產(chǎn)生不同種類的短鏈脂肪酸(SCFA)。研究表明，SCFA可能是聯(lián)系腸道微生物和宿主之間相互作用的中間信號分子之一。SCFA具有天然配體的活性，它們的受體已在多種細(xì)胞和組織中被發(fā)現(xiàn)和證實(shí)。SCFA在人體的代謝過程中發(fā)揮調(diào)節(jié)作用.
一、腸道微生物群與SCFA生成
人體攝入的碳水化合物，一部分可以被機(jī)體分泌的消化酶降解，另一部分在小腸中不能被消化和吸收，這部分碳水化合物被稱為“不可消化的碳水化合物”(NDC)。NDC經(jīng)腸道微生物糖化發(fā)酵生成SCFA。SCFA主要包括乙酸、丙酸(C3)、丁酸(C4)和戊酸(C5)。生理狀態(tài)下，這幾種SCFA在結(jié)腸腸腔中的濃度百分比差異較大，乙酸約占60%、丙酸約占25%、丁酸約占15%。乳酸是腸道中另一種重要的有機(jī)酸，它由Lactobacilli、Bifidobacteria和Proteobacteria等腸道微生物群發(fā)酵產(chǎn)生。盡管乳酸不屬于SCFA，但在某些腸道細(xì)菌（如霍氏真桿菌）的作用下，乳酸可被進(jìn)一步轉(zhuǎn)化成乙酸、丙酸和丁酸。
乙酸是結(jié)腸中含量最高的SCFA，占糞便中SCFA總量的一半以上。腸道微生物群產(chǎn)生乙酸鹽的兩條主要代謝途徑已被研究清楚，大部分乙酸鹽由腸道細(xì)菌發(fā)酵碳水化合物產(chǎn)生，另有約1/3的乙酸鹽由產(chǎn)乙酸菌合成。結(jié)腸中的產(chǎn)乙酸菌利用氫氣和二氧化碳，或利用甲酸鹽，通過還原性乙酰輔酶A途徑合成乙酸。
腸道細(xì)菌合成丙酸鹽的途徑有3種，即琥珀酸途徑、丙烯酸酯途徑和丙二醇途徑。
丁酸鹽的產(chǎn)生途徑有兩種，即丁酸激酶途徑和丁酰輔酶A：乙酰輔酶A轉(zhuǎn)移酶途徑。丁酸激酶途徑主要存在于糞球菌屬的細(xì)菌中。大多數(shù)腸道產(chǎn)丁酸菌，都使用第2條途徑合成丁酸。
細(xì)菌交互共生對 SCFA 的產(chǎn)生也有著重要影響，其機(jī)制包括兩種：①一種腸道細(xì)菌新陳代謝產(chǎn)生的終端產(chǎn)物，被另一種腸道細(xì)菌作為底物加以利用（在代謝上交互作用）；②一種腸道細(xì)菌分解大分子碳水化合物后形成的小分子產(chǎn)物，被另一種腸道細(xì)菌攝入，作為其能量來源進(jìn)行代謝利用（底物上交互作用）。
David等人設(shè)計(jì)了一組共培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，試圖揭示產(chǎn)丁酸菌（如假單胞菌）能否利用產(chǎn)乙酸菌（如青春雙歧桿菌）生成的乙酸來合成丁酸。他們將青春雙歧桿菌與假單胞菌在淀粉中共培養(yǎng)，以青春雙歧桿菌單獨(dú)培養(yǎng)、假單胞菌單獨(dú)培養(yǎng)作為對照，并測定了 SCFA 的產(chǎn)生情況。在共培養(yǎng)8～24h內(nèi)，乙酸濃度低于青春雙歧桿菌單培養(yǎng)物的濃度，但丁酸濃度高于假單胞菌單培養(yǎng)物的濃度。此結(jié)果表明，與青春雙歧桿菌共培養(yǎng)時，假單胞菌產(chǎn)生丁酸的能力顯著增強(qiáng)。該研究證實(shí)了青春雙歧桿菌和假單胞菌間存在交叉共生的現(xiàn)象。
宏基因組學(xué)方法的應(yīng)用極大地促進(jìn)了產(chǎn) SCFA 細(xì)菌的鑒定。乙酸產(chǎn)生途徑廣泛存在于多種細(xì)菌中，而丙酸、丁酸和乳酸產(chǎn)生途徑的保守性和底物特異性更高。例如，產(chǎn)生丙酸鹽的微生物雖然分布在細(xì)菌的多個門中，但主要集中在有限的幾個屬中，如腸道黏蛋白的降解細(xì)菌嗜黏蛋白阿克曼菌被證實(shí)是產(chǎn)生丙酸鹽的關(guān)鍵微生物。腸道細(xì)菌，如梭菌屬、真桿菌屬和丁酸弧菌屬的細(xì)菌，可在腸腔中產(chǎn)生毫摩(mmol)水平的丁酸鹽。
（圖片）短鏈脂肪酸受體對腸道穩(wěn)態(tài)的調(diào)節(jié)
二、短鏈脂肪酸的生理功能
SCFA作為腸上皮細(xì)胞的主要能量來源，可促進(jìn)腸上皮細(xì)胞增殖，調(diào)節(jié)緊密連接蛋白的表達(dá)，刺激黏蛋白分泌，對維持腸黏膜機(jī)械屏障具有重要意義。
研究證實(shí)，SCFA能為腸上皮細(xì)胞提供營養(yǎng)，并促進(jìn)腸上皮細(xì)胞的增殖。
SCFA可協(xié)同調(diào)節(jié)緊密連接蛋白，在維持腸上皮屏障的完整性上發(fā)揮重要作用。例如，丁酸通過增加Claudin-1蛋白和Zonula Occludents-1(ZO-1)蛋白的表達(dá)或調(diào)節(jié)Claudin-1蛋白在細(xì)胞表面的分布，增強(qiáng)腸黏膜屏障的機(jī)械功能。
腸上皮細(xì)胞分泌的黏蛋白2等成分形成的黏液層可保護(hù)胃腸道黏膜免受機(jī)械、化學(xué)和病原微生物的損傷。研究發(fā)現(xiàn)，成纖維細(xì)胞產(chǎn)生的前列腺素(PGE)可增強(qiáng)黏蛋白的分泌。SCFA通過調(diào)節(jié)成纖維細(xì)胞前列腺素的產(chǎn)生（上調(diào)PGE1與PGE2的比值），刺激腸道上皮細(xì)胞中黏蛋白2的表達(dá)，從而增強(qiáng)黏液層對腸道的潤滑作用，并減少致病菌在腸黏膜層的黏附。
SCFA還可影響腸道的pH值，調(diào)節(jié)腸道微生物的生長。SCFA是腸道中主要的陰離子來源，其在腸腔中的生理濃度可達(dá)0.5～100mmol，SCFA的大量積累可降低腸道的pH值，有利于益生菌的生長增殖，同時抑制病原菌的定植。SCFA可抑制沙門菌、李斯特菌、大腸桿菌和空腸彎曲菌等致病菌的生長，從而保護(hù)腸道免受病原體感染。乙酸、丙酸和丁酸均可顯著抑制腸出血性大腸桿菌O157：H7的生長，而且這種抑制效應(yīng)與有機(jī)酸的pH值相關(guān)。通常情況下，沙門氏菌可以利用丙酸等低濃度的SCFA，將其攝取并作為碳源加以利用。反之，當(dāng)沙門氏菌暴露于較高濃度的SCFA及低pH值的環(huán)境中時，其生長繁殖會被完全抑制，這就是將 SCFA 添加于食品保藏劑或家禽飼料中以減少沙門氏菌污染的理論基礎(chǔ)。此外，SCFA還可調(diào)控腸道病原體毒力基因的表達(dá)，如丁酸或丙酸處理可抑制鼠傷寒沙門氏菌侵襲基因的表達(dá)。
參考文獻(xiàn)：摘自《腸道微生物與生命健康》
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