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肠道菌群相关代谢物--短链脂肪酸生物学功能(一)

发布时间:2019-06-20 浏览量:507

短链脂肪酸是肠道微生物重要的代谢物之一,作为信号分子对宿主的一系列活动产生影响,本期小编系统整理了肠道菌群相关代谢物——短链脂肪酸的生物学功能,供大家参考。


已有越来越多的研究针对饮食、微生物和生理学之间相互作用展开研究,本文将重点关注膳食纤维的微生物发酵产物短链脂肪酸(SCFAs)的生物学功能。SCFAs主要由乙酸盐、丙酸盐和丁酸盐组成,在调节宿主代谢、免疫系统和细胞增殖方面具有关键作用。SCFAs在盲肠和近端结肠中浓度最高,是结肠细胞能量来源(尤其是丁酸盐),也可以通过门静脉转运到外周循环中作用于肝脏和外周组织。尽管外周循环中SCFAs水平较低,但它们作为信号分子参与宿主不同的生物过程。

微生物发酵产物:短链脂肪酸

在肠道前端,膳食纤维不被宿主消化酶进行分解代谢,而进入盲肠和结肠部位,该部位的微生物群将膳食纤维发酵代谢产生SCFAs,以乙酸盐、丙酸盐和丁酸盐为主。然而,当可发酵纤维供不应求时,微生物转向对生长不太有利的能量来源,如来自膳食的氨基酸、内源蛋白质或膳食脂肪。这导致微生物群发酵活性和SCFAs等产物浓度降低。蛋白发酵可以保持SCFAs池,但主要产生支链脂肪酸如异丁酸、2-甲基丁酸、异戊酸,源自支链氨基酸缬氨酸、异亮氨酸、亮氨酸,而这可能与胰岛素抵抗相关。饮食补充富含蛋白质或脂肪的膳食纤维可恢复有益微生物水平,降低有毒微生物代谢产物的水平,增加SCFAs含量。


乙酸:SCFAs主要成分,许多肠道菌群通过乙酰辅酶A(acetyl-CoA)或Wood-Ljungdahl途径代谢丙酮酸产生。Wood-Ljungdahl途径分为两个分支:C1分支(东方分支)将CO2还原为甲酸;一氧化碳分支(西方分支)将CO2还原成CO,CO进一步与甲基结合以产生乙酰辅酶A。丙酸:通过琥珀酸途径将琥珀酸转化为甲基丙二酰辅酶A产生。丙烯酸与乳酸作为前体通过丙烯酸酯途径合成丙酸,也可以通过丙二醇途径合成,该途径以脱氧己糖(如海藻糖和鼠李糖)为底物。丁酸:两分子乙酰辅酶A缩合继而还原为丁酰辅酶A,丁酰辅酶A通过磷酸丁酰转移酶和丁酸激酶转化为丁酸(经典途径)。丁酰辅酶A也可以通过butyryl-CoA: acetate CoA-transferase途径转化为丁酸。肠道中的某些微生物可以利用乳酸和乙酸合成丁酸,这可以防止乳酸的蓄积以稳固肠道环境。宏基因组数据分析还表明,丁酸盐可以通过赖氨酸途径从蛋白质中进行合成,进一步表明肠道微生物能够适应营养转换以维持必需代谢物如SCFAs的合成(表1和图1)。


SCFAs浓度随肠道长度而变化,盲肠和近端结肠中SCFAs浓度最高,远端结肠SCFAs浓度下降。SCFAs浓度降低的原因可能是通过Na+偶联单羧酸转运体SLC5A8和H+偶联的低亲和力单羧酸转运体SLC16A1导致重吸收增加。丁酸盐是结肠细胞的首选能量来源并且是局部消耗,而其他重吸收的SCFAs被排入门静脉。丙酸在肝脏代谢,因此在外周血中保持低浓度,而乙酸是外周循环中最丰富的SCFAs。此外,乙酸盐通过中枢稳态机制穿过血脑屏障并降低食欲。尽管外周循环丙酸和丁酸浓度较低,但它们通过激活激素和神经系统间接影响外周器官。




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