圖1 腸道及腸道菌群對(duì)人體健康的作用
腸道菌群在人體腸道內(nèi)進(jìn)行著復(fù)雜活躍的代謝活動(dòng)，不僅為自身提供了生長(zhǎng)和繁殖所需的能量和營養(yǎng)，也產(chǎn)生了大量代謝產(chǎn)物進(jìn)入到人體當(dāng)中。前人通過對(duì)無菌動(dòng)物和有菌動(dòng)物的血液中的代謝物進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，上百種代謝物僅在有菌小鼠中被檢測(cè)到。人體血液中有約36%的小分子物質(zhì)是由微生物代謝產(chǎn)生或修飾的。腸道菌群的代謝底物主要來自于宿主不能或沒有來得及消化的食物以及腸道上皮細(xì)胞分泌的內(nèi)源性粘液，經(jīng)過腸道菌群的作用后，產(chǎn)生許多對(duì)人體有害或有益的代謝產(chǎn)物如脂多糖、肽聚糖、三甲胺、次級(jí)膽汁酸、以及短鏈脂肪酸等。表1列出了常見的腸道菌群產(chǎn)生的代謝物及其功能。
表1 腸道菌群代謝物及其功能一覽
圖2 心血管和心臟代謝疾病相關(guān)的腸道菌群和可能的分子通路
脂多糖（Lipopolysaccharide，LPS）
脂多糖是革蘭氏陰性細(xì)菌（G-）細(xì)胞壁特有的成分，可以幫助細(xì)菌維持細(xì)菌結(jié)構(gòu)并抵抗抗生素、補(bǔ)體系統(tǒng)和其他環(huán)境壓力(Raetz and Whitfield, 2002)。脂多糖會(huì)在細(xì)菌死亡裂解后釋放到腸道環(huán)境中，并進(jìn)入到血液循環(huán)系統(tǒng)。當(dāng)高濃度的脂多糖進(jìn)入到血液當(dāng)中，可通過擾亂宿主的免疫系統(tǒng)、補(bǔ)體系統(tǒng)和凝血系統(tǒng)等引起的一系列嚴(yán)重的病理生理反應(yīng)如發(fā)熱、凝血和休克等，稱之為內(nèi)毒素血癥。肽聚糖存在于大多數(shù)細(xì)菌的細(xì)胞壁中，是由乙酰氨基葡萄糖、乙酰胞壁酸與氨基酸短肽聚合而成的機(jī)械性很強(qiáng)的多層網(wǎng)狀大分子結(jié)構(gòu)，構(gòu)成細(xì)菌細(xì)胞壁的基本骨架。肽聚糖成分在革蘭氏陽性菌 (G )的細(xì)胞壁中可達(dá)50-80%, 而僅占到革蘭氏陰性細(xì)菌(G-)細(xì)胞壁的5-20%，肽聚糖的厚薄和結(jié)構(gòu)是區(qū)分革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌的主要因素。肽聚糖結(jié)構(gòu)保守，具有細(xì)菌特異的分子特征，因而在長(zhǎng)期進(jìn)化過程中成為宿主免疫識(shí)別的細(xì)菌特異信號(hào)，是動(dòng)物免疫系統(tǒng)的免疫增強(qiáng)劑。肽聚糖能刺激單核噬菌細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞釋放免疫調(diào)控物質(zhì)，例如TNF-α、白介素（Interleukin）和干擾素（Interferon）等。三甲胺（Trimethylamine，TMA）和氧化三甲胺（Trimethylamine N-Oxide，TMAO）食物中的膽堿、磷脂酰膽堿（卵磷脂）和左旋肉堿等物質(zhì)可被腸道菌群代謝生成三甲胺，TMA被吸收入血后在肝臟中由黃素單加氧酶（Flavin containing monooxygenase 3，F(xiàn)mo3）的氧化作用下，轉(zhuǎn)化成氧化三甲胺。TMAO是動(dòng)脈粥樣硬化、血栓等心腦血管疾病發(fā)病的重要風(fēng)險(xiǎn)因子，心血管病人TMAO水平顯著高于健康人，高TMAO水平也預(yù)示著未來的高疾病風(fēng)險(xiǎn)。次級(jí)膽汁酸（Secondary bile acids）膽汁酸（Bile acids）在機(jī)體脂質(zhì)代謝中起著重要作用，其最主要的功能是通過使脂類乳化促進(jìn)脂類的消化吸收，此外還可以維持膽汁中的膽固醇水平并防止膽固醇在膽汁中析出沉淀，包括初級(jí)膽汁酸（Primary bile acids）和次級(jí)膽汁酸兩種形式。初級(jí)膽汁酸由膽固醇在肝臟中合成，通過膽管進(jìn)入膽囊中存儲(chǔ)濃縮，是膽汁的主要成分。進(jìn)餐后，初級(jí)膽汁酸會(huì)隨膽汁進(jìn)入腸道，95%的次級(jí)膽汁酸都會(huì)在回腸中被重吸收并通過門靜脈運(yùn)回肝臟。5%左右的初級(jí)膽汁酸進(jìn)入大腸在腸道細(xì)菌的作用下脫去羥基轉(zhuǎn)化生成次級(jí)膽汁酸，包括脫氧膽酸和石膽酸，部分也會(huì)被重吸收進(jìn)入肝臟。膽汁酸對(duì)腸道菌群的結(jié)構(gòu)組成具有很大影響，膽汁酸可與細(xì)菌細(xì)胞膜上的磷脂結(jié)合起到破壞作用，可以抗細(xì)菌黏附并中和內(nèi)毒素，高濃度的結(jié)合膽酸具有直接的抗菌作用。同時(shí)，腸道菌群在膽汁酸循環(huán)中也扮演著關(guān)鍵的角色。腸道中的細(xì)菌通過膽鹽水解酶( Bile salthydrolase，BSH) 將初級(jí)膽汁酸中?；撬?、甘氨酸、硫酸鹽等的結(jié)合物解離，改變其化學(xué)性質(zhì)，調(diào)節(jié)機(jī)體的脂質(zhì)代謝。短鏈脂肪酸（Short chain fatty acids，SCFAs）短鏈脂肪酸，又稱揮發(fā)性脂肪酸，是由腸道細(xì)菌發(fā)酵宿主無法代謝的食物，生成的碳鏈長(zhǎng)度小于6的有機(jī)脂肪酸，主要包括乙酸、丙酸、異丁酸、丁酸、異戊酸、戊酸、異己酸和已酸，其中乙酸、丙酸和丁酸占到總短鏈脂肪酸比例的95%以上。參與酵解的厭氧菌主要有雙歧桿菌屬、乳桿菌屬、擬桿菌屬和梭桿菌屬的部分菌株，還不斷有新的短鏈脂肪酸產(chǎn)生菌被發(fā)現(xiàn)。短鏈脂肪酸作為能源物質(zhì)被腸道上皮細(xì)胞以及其他組織如肝臟等吸收利用，可為宿主提供每日所需的5-15%左右的能量。短鏈脂肪酸通過激活G蛋白偶聯(lián)的細(xì)胞表面受體GPR41和GPR43調(diào)控腸道和宿主代謝。短鏈脂肪酸可以促進(jìn)腸道中抑制食欲的相關(guān)激素如胰高血糖素樣肽（GLP-1）和酪酪肽（PYY）的分泌，從而調(diào)節(jié)糖異生過程，增加飽腹感并抑制食欲。短鏈脂肪酸還可以起到一定的抗炎作用。短鏈脂肪酸可以通過酸化腸道環(huán)境抑制一些有害細(xì)菌的生長(zhǎng)。基于短鏈脂肪酸對(duì)腸上皮細(xì)胞的營養(yǎng)作用和抗炎作用，短鏈脂肪酸對(duì)維護(hù)腸道緊密連接的完整性具有重要作用，保護(hù)了腸屏障功能。- Bischoff SC. 2011. 'Gut health': a new objective in medicine? BMC Medicine, 9: 24.
- Nicholson J K, et al. 2012. Host-gut microbiota metabolic interactions. Science, 336: 1262–1267.
- 畢玉晶, 楊瑞馥. 2019. 人體腸道微生物群、營養(yǎng)與健康. 科學(xué)通報(bào), 64: 260-271.
- W.H. Wilson Tang W.H.W., et al. 2017. Gut Microbiota in Cardiovascular Health and Disease. Circulation Research, 120:1183-1196.
