短链脂肪酸对结肠细胞的影响

短链脂肪酸对结肠细胞的影响

在身体的微生态系统中，大量细菌存在于微生态平衡中。其主要功能是代谢功能，它反映在食物中难以消化的物质的发酵上。细菌可以通过不同的代谢途径来发酵底物,产生能量和营养物质供给自身生长,同时对宿主产生有利的影响。短链脂肪酸(short-chainfattyacids,SCFA)是大肠细菌代谢的主要终产物,是碳链为1~6的有机脂肪酸,主要由厌氧微生物发酵难消化碳水化合物而产生。SCFA的重要作用表现为:可以影响结肠上皮细胞的转运,促进结肠细胞和小肠细胞的代谢、生长、分化,为肠粘膜上皮细胞及肌肉、肾、心、脑提供能量,增加肠道血供,影响肝脂质与碳水化合物的调控等。1细菌对scfa的代谢对健康个体来说,底物利用率、微生物区系的细菌种类、小肠转运时间都是决定肠道SCFA的数量与种类的因素。由于大肠近端碳源的消耗快,特别是易消化的碳水化合物,当残留物向肠道远端移动时,细菌对底物利用率逐渐减少,这就影响了SCFA的类型与产量。体内与体外研究都表明,消化物对细菌的生理与代谢有很大的影响,可使结肠内蛋白质降解、氨基酸发酵而产生SCFA。小肠内不被消化吸收的复杂碳水化合物(寡糖、非淀粉多糖、抗性淀粉等)进入大肠后被细菌发酵产生乙酸、丙酸、丁酸、二氧化碳、甲烷、氢气和水,其中短链脂肪酸(乙酸、丙酸、丁酸)所占比例高达85%,占产物的大部分。许多实验研究的表明,碳水化合物底物的不同,发酵产生的短链脂肪酸的比例和生理作用也不同。1.1果寡糖对肠道理化指标的影响寡糖是指由2~10个单糖通过糖苷键连接而成的低度聚合物,可以通过在肠道的发酵对机体产生积极的作用。许多研究发现果寡糖可改善机体胆固醇代谢,这与其发酵产生的短链脂肪酸有关。许梓荣等研究表明,日粮中添加1.5%果寡糖可以提高结肠中乙酸,丙酸,丁酸以及血浆中乙酸水平,添加0.5%,1.0%,1.5%的果寡糖会使结肠中丙酸含量显著提高,且作者认为,果寡糖抑制肝脏HMG-CoA还原酶的活性可能是通过其发酵产物丙酸和乙酸起作用的。给断奶仔猪饲喂一定量的异麦芽糖低聚糖,会使其盲肠、结肠内的乙酸、丙酸、丁酸浓度显著升高,研究表明肠道中SCFA的升高,pH值的降低有利于肠粘膜保持完整的形态结构并促进粘膜细胞的增殖。粪便细菌的体外发酵实验表明,不同种类的寡糖被降解成不同种类的短链脂肪酸,果胶与木聚糖降解的主要产物是乙酸,阿拉伯半乳糖的则以丙酸为主。1.2燕麦-葡聚糖对肠道生长的影响非淀粉多糖是大多数膳食纤维的主要组成部分,其经肠道细菌发酵产生短链脂肪酸,这可能影响肝脏葡萄糖的生成。不同的多糖发酵可以产生不同比例的SCFA,这主要是由于碳水化合物结构的不同而影响肠道中不同菌群的发酵能力。常见的非淀粉多糖包括谷物β-葡聚糖、戊聚糖等。谷物β-葡聚糖被证明具有降低血清胆固醇和调节糖尿病人血糖水平生理功能,它的这些作用的发挥与其在消化道的代谢有关,β-葡聚糖在消化道的发酵产物会影响它的生理活性,添加不同分子量和不同剂量的燕麦β-葡聚糖能够促进肠道中双歧杆菌和乳酸杆菌的增值,抑制大肠杆菌的作用。肠道中益生菌的存活影响着底物的发酵能力,已有研究报道,一种含乳酸杆菌的燕麦发酵饮料可以增加人体粪便的SCFA含量、影响粪便pH值以及粪便的细菌量;而添加双歧杆菌和乳酸的酸奶在连续饮用3w后却不能改变粪便中SCFA的量,说明底物的发酵能力和肠道中的菌群变化有关。申瑞玲等研究表明给小鼠灌喂燕麦β-葡聚糖可以增加结肠内丁酸的产生。丁酸盐是所有发酵产物中最重要的一种,它是人类结肠、盲肠上皮细胞最重要的能量来源,在维持肠道内环境稳定和预防结肠癌发生等方面发挥良好的作用。1.3抗向蛋白提取的养食量TatsuyaMorita等实验结果显示,给大鼠饲喂直链玉米淀粉与土豆的混合物时,大鼠盲肠内产生大量丁酸。抗性淀粉也是一种结肠菌发酵的底物,大鼠盲肠内容物中SCFA含量随抗性淀粉摄入量的增加而增加。David等对健康人群所做的实验发现,含有抗性淀粉的膳食可以增加粪中丁酸的产生,且产生的平均粪丁酸与SCFA之比高出对照组31%,这是对结肠健康有利的。有人提出结肠疾病如溃疡性结肠炎是能源缺乏性疾病,而丁酸是结肠细胞的一种重要能源。虽然还没有证实结肠丁酸可以预防结肠癌,但结肠癌的病人经测定其血液中丁酸与SCFA之比正常时低。2scfa促进肠道黏膜生长短链脂肪酸是体内重要的发酵产物,在很多方面都起着重要的作用。SCFA可以影响结肠上皮细胞的转运,促进结肠细胞和小肠细胞的代谢、生长、分化,为肠粘膜上皮细胞及肌肉等提供能量,对肠道上皮有营养作用。短链脂肪酸能维持大鼠移植小肠粘膜形态,减轻移植肠上皮细胞超微结构损伤,并能改善移植肠对氨基酸的吸收能力。SCFA在肝脏代谢可致酮体(乙酰乙酸、β-羟丁酸)及氨基酸(谷氨酰胺、谷氨酸)生成增加,而酮体及谷氨酰胺是小肠的主要供能底物,对肠道粘膜有较强的促生长作用。SCFA可以降低肠道pH值,这可以防止病原菌的侵袭。还有报道说SCFA可以防止腹泻的发生。2.1代谢养分—乙酸乙酸是膳食纤维发酵的主要代谢物,也是胆固醇合成的最主要的底物,在机体内,大部分乙酸被吸收入血液,进入肝脏的代谢,作为周边组织的能源。在瘤胃动物,乙酸是重要的代谢养分,这是因为所有到达瘤胃的葡萄糖均为细菌的发酵产物。当人食用含发酵碳水化合物的食物后,会在其静脉血中发现有乙酸的存在。乙酸来源于盲肠,被肠道上皮组织摄取后,在门静脉血液中出现,最终穿过肝脏进入外周组织而被肌肉代谢。当门静脉中的乙酸降低到临界水平以下时,肝脏会分泌游离乙酸。乙酸可以被许多组织摄取和利用,是机体从小肠不能消化吸收的碳水化合物中得到能量的主要途径。膳食中补充乙酸可以降低餐后血糖和胰岛素反应,这种作用可能由上消化道机制(如阻抑胃排空或抑制消化酶活性等)所介导。2.2对降血脂代谢的影响SCFA混合物可以刺激盲肠膳食纤维的发酵,从而影响血液胆固醇水平,尤其是丙酸,经结肠吸收以后由肝脏代谢用作能源,并可以抑制肝胆固醇的合成。有文献报道,日粮中添加丙酸钠会使猪血清中胆固醇水平以及肝脏中HMG-CoA还原酶活性显著降低。但Hara等的实验发现给大鼠饲喂SCFA的混合物可以降低血液胆固醇水平,而乙酸是其中的有效成分,它可以抑制外周组织胆固醇的合成,但其具体的作用机制还不清楚。这显示SCFA中降低血液胆固醇的成分是有争议的,需要进一步的研究才能证实。体外实验表明丙酸可能抑制胆固醇的合成,提高高密度脂蛋白胆固醇和甘油三脂;膳食中的丙酸还能降低血糖和胰岛素水平,肝中的丙酸可以调节碳水化合物和脂肪的代谢。在反刍动物类,丙酸是合成葡萄糖的主要前体,而在人类,丙酸是在后肠发酵,目前尚未证明丙酸对人体的碳水化合物代谢有何显著影响。而在瘤胃动物中,丙酸是主要的葡萄糖前体。有研究表明长期给予丙酸盐可降低空腹血糖浓度,这可能与抑制肝脏释放葡萄糖有关。2.3维持正常小鼠肠道组织的生长丁酸能被上皮细胞吸收利用,是人类结肠、盲肠上皮细胞最重要的能量来源,同时在促进细胞分化成熟、调节基因表达、维持肠道内环境稳定和预防结肠癌发生等方面发挥良好的作用。它是正常结肠细胞生长的首先原料,可以通过稳定DNA和修复损伤来促进正常细胞的形成。丁酸对于维持结肠粘膜的完整性,抵御诸如癌症和溃疡性结肠炎等疾病的发生等起着重要的作用。同时,丁酸对于结肠细胞的增值也是很重要的。丁酸是保护机体抵抗结肠癌的一个重要因素,不同水平的丁酸可以减少肿瘤细胞的生长,诱导癌细胞的分化,抑制肿瘤基因,诱导癌细胞凋亡。丁酸对粘膜还有营养作用,在主要的三种SCFA中,以丁酸对结肠细胞的营养作用最强。3结肠皮细胞增殖与黏膜生长总之,短链脂肪酸作为结肠厌氧微生