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食物进入肠腔后与肠道微生物群相互作用，在此过程中，肠道微生物群对饮食中的碳水化合物进行分解、转化，产生不同种类的短链脂肪酸(SCFA)。研究表明，SCFA可能是联系肠道微生物和宿主之间相互作用的中间信号分子之一。SCFA具有天然配体的活性，它们的受体已在多种细胞和组织中被发现和证实。SCFA在人体的代谢过程中发挥调节作用.

一、肠道微生物群与SCFA生成

人体摄入的碳水化合物，一部分可以被机体分泌的消化酶降解，另一部分在小肠中不能被消化和吸收，这部分碳水化合物被称为“不可消化的碳水化合物”(NDC)。NDC经肠道微生物糖化发酵生成SCFA。SCFA主要包括乙酸、丙酸(C3)、丁酸(C4)和戊酸(C5)。生理状态下，这几种SCFA在结肠肠腔中的浓度百分比差异较大，乙酸约占60%、丙酸约占25%、丁酸约占15%。乳酸是肠道中另一种重要的有机酸，它由Lactobacilli、Bifidobacteria和Proteobacteria等肠道微生物群发酵产生。尽管乳酸不属于SCFA，但在某些肠道细菌（如霍氏真杆菌）的作用下，乳酸可被进一步转化成乙酸、丙酸和丁酸。

乙酸是结肠中含量最高的SCFA，占粪便中SCFA总量的一半以上。肠道微生物群产生乙酸盐的两条主要代谢途径已被研究清楚，大部分乙酸盐由肠道细菌发酵碳水化合物产生，另有约1/3的乙酸盐由产乙酸菌合成。结肠中的产乙酸菌利用氢气和二氧化碳，或利用甲酸盐，通过还原性乙酰辅酶A途径合成乙酸。

肠道细菌合成丙酸盐的途径有3种，即琥珀酸途径、丙烯酸酯途径和丙二醇途径。

丁酸盐的产生途径有两种，即丁酸激酶途径和丁酰辅酶A：乙酰辅酶A转移酶途径。丁酸激酶途径主要存在于粪球菌属的细菌中。大多数肠道产丁酸菌，都使用第2条途径合成丁酸。

细菌交互共生对 SCFA 的产生也有着重要影响，其机制包括两种：①一种肠道细菌新陈代谢产生的终端产物，被另一种肠道细菌作为底物加以利用（在代谢上交互作用）；②一种肠道细菌分解大分子碳水化合物后形成的小分子产物，被另一种肠道细菌摄入，作为其能量来源进行代谢利用（底物上交互作用）。

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David等人设计了一组共培养实验，试图揭示产丁酸菌（如假单胞菌）能否利用产乙酸菌（如青春双歧杆菌）生成的乙酸来合成丁酸。他们将青春双歧杆菌与假单胞菌在淀粉中共培养，以青春双歧杆菌单独培养、假单胞菌单独培养作为对照，并测定了 SCFA 的产生情况。在共培养8～24h内，乙酸浓度低于青春双歧杆菌单培养物的浓度，但丁酸浓度高于假单胞菌单培养物的浓度。此结果表明，与青春双歧杆菌共培养时，假单胞菌产生丁酸的能力显著增强。该研究证实了青春双歧杆菌和假单胞菌间存在交叉共生的现象。

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宏基因组学方法的应用极大地促进了产 SCFA 细菌的鉴定。乙酸产生途径广泛存在于多种细菌中，而丙酸、丁酸和乳酸产生途径的保守性和底物特异性更高。例如，产生丙酸盐的微生物虽然分布在细菌的多个门中，但主要集中在有限的几个属中，如肠道黏蛋白的降解细菌嗜黏蛋白阿克曼菌被证实是产生丙酸盐的关键微生物。肠道细菌，如梭菌属、真杆菌属和丁酸弧菌属的细菌，可在肠腔中产生毫摩(mmol)水平的丁酸盐。

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（图片）短链脂肪酸受体对肠道稳态的调节

二、短链脂肪酸的生理功能

SCFA作为肠上皮细胞的主要能量来源，可促进肠上皮细胞增殖，调节紧密连接蛋白的表达，刺激黏蛋白分泌，对维持肠黏膜机械屏障具有重要意义。

研究证实，SCFA能为肠上皮细胞提供营养，并促进肠上皮细胞的增殖。

SCFA可协同调节紧密连接蛋白，在维持肠上皮屏障的完整性上发挥重要作用。例如，丁酸通过增加Claudin-1蛋白和Zonula Occludents-1(ZO-1)蛋白的表达或调节Claudin-1蛋白在细胞表面的分布，增强肠黏膜屏障的机械功能。

肠上皮细胞分泌的黏蛋白2等成分形成的黏液层可保护胃肠道黏膜免受机械、化学和病原微生物的损伤。研究发现，成纤维细胞产生的前列腺素(PGE)可增强黏蛋白的分泌。SCFA通过调节成纤维细胞前列腺素的产生（上调PGE1与PGE2的比值），刺激肠道上皮细胞中黏蛋白2的表达，从而增强黏液层对肠道的润滑作用，并减少致病菌在肠黏膜层的黏附。

SCFA还可影响肠道的pH值，调节肠道微生物的生长。SCFA是肠道中主要的阴离子来源，其在肠腔中的生理浓度可达0.5～100mmol，SCFA的大量积累可降低肠道的pH值，有利于益生菌的生长增殖，同时抑制病原菌的定植。SCFA可抑制沙门菌、李斯特菌、大肠杆菌和空肠弯曲菌等致病菌的生长，从而保护肠道免受病原体感染。乙酸、丙酸和丁酸均可显著抑制肠出血性大肠杆菌O157：H7的生长，而且这种抑制效应与有机酸的pH值相关。通常情况下，沙门氏菌可以利用丙酸等低浓度的SCFA，将其摄取并作为碳源加以利用。反之，当沙门氏菌暴露于较高浓度的SCFA及低pH值的环境中时，其生长繁殖会被完全抑制，这就是将 SCFA 添加于食品保藏剂或家禽饲料中以减少沙门氏菌污染的理论基础。此外，SCFA还可调控肠道病原体毒力基因的表达，如丁酸或丙酸处理可抑制鼠伤寒沙门氏菌侵袭基因的表达。

参考文献：摘自《肠道微生物与生命健康》