谷禾健康
维生素对人体健康至关重要;它们是无数酶的辅助因子,包括促进脂肪和碳水化合物代谢的酶,并具有直接和间接的抗氧化特性。
由于人类自身无法产生足够量的维生素(维生素 D 除外),因此要从食物中获取维生素。然而,许多维生素对温度敏感,在食品加工和储存过程中容易降解。因此,维生素缺乏症在某些人群(例如,素食主义者或老年人)中很常见。
例如口角炎,脚气病,腿部容易抽筋,皮肤容易红肿,容易烦躁和疲倦等,都有可能与缺乏B族维生素有关。
B族维生素从哪里来?
曾经有人认为B族维生素只从饮食中获得;然而并非如此,肠道微生物群也是维生素的重要来源。
B 族维生素包括哪些?
常见的有维生素 B1 (硫胺素)、B2(核黄素)、B3(烟酸/烟酰胺)、B5(泛酸)、B6(吡哆醇)、B7(生物素)、B9(叶酸)和B12 (钴胺素)等。
B族维生素的吸收情况
B族维生素主要通过结肠产生和吸收,大多数B族维生素的吸收情况类似:在低浓度时,主动运输系统促进吸收,而在较高浓度时,被动扩散主要发生在小肠。过量摄入B族维生素会使B族维生素到达大肠。
B族维生素是多种代谢途径中普遍必需的辅助因子的生物合成前体,对宿主和肠道微生物群都是不可或缺的,它们在维持免疫稳态中也发挥着重要作用。
本文来详细了解一下B族维生素(8类)和肠道微生物群之间有什么联系,它们在免疫代谢中有哪些作用,缺乏会导致什么症状,如何补充B族维生素。
维生素B1是维持神经、心脏及消化系统正常机能的重要生物活性物质。
维生素B1参与肠道粘膜免疫系统的免疫防御,调节免疫细胞在肠道内发挥作用。维生素B1对巨噬细胞有调控作用,能够介导巨噬细胞的生长及其细胞因子的分泌,间接促进免疫细胞的增殖和分化。
维生素 B1(硫胺素)是几种酶的辅助因子,包括丙酮酸脱氢酶和 α-酮戊二酸脱氢酶,它们都参与三羧酸 (TCA) 循环,从而为人体提供能量。
维生素B1在体内是如何参与代谢的?
前面我们已经知道,维生素B的两种来源:
摄入食物和细菌代谢生成。
膳食和细菌维生素B1在宿主中有不同的作用。因此我们从这两个方面分别了解其吸收转化过程。
膳食维生素B1
维生素 B1 在肉类(尤其是猪肉和鸡肉)、鸡蛋、谷芽、米糠、豆类中以高浓度的焦磷酸硫胺素 (TPP) 形式存在。
膳食TPP被碱性磷酸酶水解,并在小肠内转化为游离硫胺素。游离硫胺素通过硫胺素转运体(例如,THTR-1、THTR-2)被肠上皮吸收,并被输送到血液中以分布在全身。游离硫胺被转化回TPP,用于TCA循环中的能量代谢。
细菌维生素B1
结肠中各种类型的肠道细菌也会产生维生素B1作为游离硫胺素和TPP。在结肠中,游离细菌硫胺素主要被硫胺素转运体吸收,运输到血液中,并分布在全身;这一机制与小肠吸收游离膳食硫胺素的方式相似。
然而,肠道细菌产生的TPP不会转化为游离硫胺素,因为结肠中不会分泌碱性磷酸酶。相反,TPP通过在结肠顶膜上高度表达的TPP转运体(如TPPT-1)直接被结肠吸收。被吸收的TPP通过MTPP-1进入线粒体,MTPP-1是一种TPP转运体,在线粒体内膜中表达,用作ATP生成的辅助因子。这表明细菌TPP对结肠中的能量生成很重要。
这两者之间的区别在于:肠道细菌产生TPP这条途径,并不是通过游离硫氨酸,而是直接被结肠吸收。
哪些菌会产生维生素B1呢?
对人类肠道微生物群研究和谷禾数据库预测总结以下主要菌群:脆弱拟杆菌和普雷沃氏菌、艰难梭菌(Clostridium difficile)、一些乳杆菌属、Ruminococcus lactaris、双歧杆菌属、可变梭杆菌(Fusobacterium varium)是维生素B1的产生菌。
此外,比如干酪乳杆菌(Lactobacillus casei)在发酵乳饮料的生产过程中产生硫胺素,婴儿双歧杆菌和双歧双歧杆菌在培养上清液中产生硫胺素。
许多肠道细菌拥有完整的维生素B1合成途径,包括噻唑和嘧啶的合成途径。
维生素B1的结构由嘧啶环和噻唑环通过亚结合而成。
细菌从甘氨酸或酪氨酸和1-deoxy-d-xylulose-5-phosphate中获得噻唑部分;
嘧啶部分来自5-氨基咪唑核糖核苷酸,这是嘌呤途径的中间产物。
宿主和某些菌存在VB1竞争
在肠道微生物群中,并非所有细菌都产生 B 族维生素,一些细菌利用膳食 B 族维生素或其他肠道细菌产生的 B 族维生素来满足自己的需要;因此,宿主和肠道微生物群之间可能存在对 B 族维生素的竞争。
比如,粪杆菌属(Faecalibacterium)的生长虽然需要维生素B1,但它却缺乏维生素B1合成途径。因此,必须通过硫胺素转运体从其他细菌或宿主饮食中获得维生素B1,这表明宿主和某些肠道细菌之间存在维生素B1竞争。
建议摄入量
世界卫生组织 (WHO)/粮食及农业组织 (FAO) 建议成人每日维生素 B1 摄入量为 1.1-1.2 毫克。
缺乏导致
维生素 B1 缺乏会导致嗜睡,如果不及时治疗,可能会发展成脚气病,这是一种影响周围神经系统和心血管系统的疾病。
含量较高的食物
维生素B1 存在于全麦谷物、酵母、豆类、坚果和肉类(尤其是猪肉和鸡肉)等食物中。
维生素 B2(核黄素)及其活性形式(黄素腺嘌呤二核苷酸 [FAD] 和黄素单核苷酸 [FMN])是 TCA 循环和脂肪酸氧化(也称为 β-氧化)中酶促反应的辅助因子。
维生素B2通过调节脂肪酸氧化来控制免疫细胞的分化和功能。
除了产生能量外,维生素B2通过启动NADPH氧化酶2与免疫细胞中活性氧(ROS)的产生有关,ROS是炎症和免疫过程中重要的效应分子和信号分子。
维生素B1和B2介导肠道B细胞分化的免疫代谢
Yoshii K, et al., Front Nutr. 2019
维生素B1是参与TCA循环的丙酮酸脱氢酶和α-酮戊二酸脱氢酶等酶的辅助因子。维生素B2是TCA循环中琥珀酸脱氢酶和脂肪酸氧化(FAO,也称为β-氧化)中酰基辅酶a脱氢酶等酶的辅助因子。初始B细胞优先使用TCA循环有效产生能量。一旦B细胞被激活,分化为产生IgA的浆细胞,它们就会利用糖酵解产生IgA抗体。
膳食维生素B2
膳食维生素 B2 以 FAD 或 FMN 形式存在,并在小肠中通过 FAD 焦磷酸酶和 FMN 磷酸酶转化为游离核黄素。游离核黄素通过小肠上皮上表达的核黄素转运蛋白被吸收,然后释放到血液中。在血液中,游离核黄素转化回 FAD 或 FMN 并分布在全身。
细菌维生素B2
细菌维生素B2是由三磷酸鸟苷(GTP)和5-磷酸核酮糖合成的。细菌维生素B2以游离核黄素的形式存在,可直接在大肠中吸收,转化为FAD或FMN,并如上所述分布在全身。
哪些菌会产生维生素B2呢?
对人类肠道微生物群研究和谷禾数据库预测总结以下主要菌群:脆弱拟杆菌和普雷沃特菌属;艰难梭菌(Clostridium difficile)、植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum)、发酵乳杆菌(L. fermentum)、Ruminococcus lacttaris表达合成维生素B2所必需的因子,表明这些细菌是大肠中维生素B2的重要来源。
从酸面团中分离出的发酵乳杆菌可以在体外合成维生素B2。
双歧杆菌和Collinsella缺乏维生素B2途径。
在缺乏维生素B2的小鼠中,添加含有植物乳杆菌的发酵豆浆可以促进维生素B2的产生,防止维生素B2缺乏。
宿主和共生细菌之间对VB2的竞争
拟杆菌门中的某些物种比放线菌门和厚壁菌门产生更多的VB2。然而,放线菌和厚壁菌门仍然表达核黄素转运蛋白以及从游离核黄素生成 FAD 和 FMN 所必需的酶(即 FAD 合酶和黄素激酶),这表明所有细菌,包括那些不能合成维生素的细菌B2 本身需要 FAD 和 FMN 才能生长和生存。因此,与维生素 B1 一样,宿主和共生细菌之间可能存在对维生素 B2的竞争。
某些菌产生维生素B2中间体,有助于防御病原体
除了能够产生维生素 B2 之外,一些细菌(例如嗜酸乳杆菌等共生菌,结核分枝杆菌和鼠伤寒沙门氏菌等病原体)还产生维生素 B2 中间体(6-hydroxymethyl-8-d-ribityllumazine ),该中间体与抗原呈递细胞上的主要组织相容性复合物I类相关基因蛋白(MR1)结合;这会导致粘膜相关不变T细胞(MAIT)产生细胞因子,如干扰素γ和IL-17,这有助于宿主防御病原体(下图)。
来自维生素B2和B9的微生物代谢产物对MAIT细胞的调节
Yoshii K, et al., Front Nutr. 2019
有人认为,共生细菌的刺激有助于MAIT细胞的发育和激活,以便对病原体进行免疫监测。MAIT细胞还产生炎性细胞因子并具有组织归巢特性,表明这些细胞也参与自身免疫和炎症疾病的发展。
建议摄入量
世卫组织/粮农组织建议成人每日维生素 B2 摄入量为 1.0–1.3 毫克。
缺乏会导致
维生素 B2 缺乏会抑制参与脂肪酸氧化生成乙酰辅酶 A 的酰基辅酶 A 脱氢酶的活性,而乙酰辅酶 A 被线粒体用来通过 TCA 循环产生 ATP。
含量较高的食物
绿叶蔬菜、肝脏和鸡蛋中的维生素 B2 含量很高。
维生素 B3(烟酸)通常被称为烟酸和烟酰胺。这些化合物是烟酰胺腺嘌呤二核苷酸 (NAD) 的前体,NAD 是细胞氧化还原反应中的一种辅酶,在有氧呼吸中起核心作用。
免疫功能:抗炎,抑制结肠炎
维生素 B3 也是 GPR109a 的配体,GPR109a 是一种 G 蛋白偶联受体,在包括免疫细胞在内的多种细胞上表达。维生素 B3-GPR109a 信号传导诱导调节性 T 细胞分化并以 GPR109a 依赖性方式抑制结肠炎。维生素 B3 还抑制巨噬细胞和单核细胞产生促炎细胞因子 IL-1、IL-6 和肿瘤坏死因子 α (TNF-α)。
Yoshii K, et al., Front Nutr. 2019
因此,维生素B3通过调节宿主免疫细胞而具有抗炎特性,并在维持免疫稳态中发挥重要作用。
与其他B族维生素不同,维生素B3可由哺乳动物通过色氨酸的内源性酶途径生成,并储存在肝脏中,也可从饮食中获得。
膳食维生素B3
动物性食品如鱼和肉含有维生素B3作为烟酰胺,而植物性食品如豆类含有维生素B3作为烟酸。烟酰胺和烟酸都通过小肠直接吸收,烟酸在小肠转化为烟酰胺。
哪些菌会产生维生素B3呢?
维生素B3也是由肠道细菌从色氨酸合成的。可能参与B12合成和代谢的菌如:脆弱拟杆菌和普雷沃氏菌属、乳瘤胃球菌、艰难梭菌、婴儿双歧杆菌、幽门螺杆菌、可变梭杆菌。
因此,来自不同属的许多肠道细菌可以产生维生素B3,这表明饮食和共生细菌来源的维生素B3对宿主免疫都很重要。
缺乏会导致
在人类中,维生素B3缺乏会导致糙皮病,这是一种以肠道炎症、腹泻、皮炎和痴呆为特征的疾病。
建议摄入量
世卫组织/粮农组织建议成人每日维生素 B3 摄入量为 11-12 毫克。
含量较高的食物
全麦制品、糙米、绿豆、芝麻、花生、香菇、紫菜、无花果、乳制品、蛋、鸡肉、肝、瘦肉、鱼等。
维生素B5(泛酸)是辅酶a(CoA)的前体,辅酶a是TCA循环和脂肪酸氧化的必要辅助因子。
与维生素B1和B2一样,维生素B5通过免疫细胞的能量生成参与宿主免疫的控制。
缺乏导致
维生素B5缺乏会导致皮炎等免疫疾病,以及疲劳和失眠等非免疫相关疾病。
维生素B5缺乏如何引起炎症?
在一项针对成年人的随机、双盲、安慰剂对照研究中,膳食中补充维生素B5可改善面部痤疮,表明上皮屏障功能通过促进角质形成细胞增殖和分化为成纤维细胞而改善。
为了在缺乏维生素B5的时候保持维生素B5水平,辅酶A通过泛碱转化回维生素B5或半胱胺。然而,半胱胺抑制过氧化物酶体增殖物激活受体γ(PPARγ)信号,导致炎症。在泛碱产生酶基因敲除小鼠中,结肠炎已得到改善。因此,维生素B5缺乏通过上皮屏障功能障碍和促炎分子的产生引起炎症。
维生素B5通过激活免疫反应来促进宿主防御
在免疫反应方面,维生素B5通过促进先天免疫和适应性免疫,增强抗结核分枝杆菌感染的保护活性。在小鼠中,补充维生素B5可激活巨噬细胞的吞噬作用和细胞因子(包括IL-6和TNF-α)的产生,并随后促进Th1和Th17反应,以清除肺结核分枝杆菌。因此,维生素B5通过激活免疫反应来促进宿主防御,表明这种维生素作为一种天然佐剂具有重要作用。
膳食维生素B5
维生素B5在肝脏、鸡蛋、鸡肉和发酵大豆中以辅酶A或磷酸泛酰巯基乙胺pantetheinase的形式存在,浓度很高。辅酶A和磷酸泛乙烯通过小肠内的内源性酶(如磷酸酶和泛乙烯酶)转化为游离泛酸。游离泛酸通过小肠上皮上表达的钠依赖性复合维生素转运体(SMVT)被吸收,然后释放到血液中。最后,游离泛酸被转化回辅酶A并分布在全身,尤其是肝脏和肾脏。
细菌维生素B5
细菌维生素B5由2-二氢泛酸盐和β-丙氨酸通过从头合成途径合成。细菌维生素B5以游离泛酸的形式存在,其在大肠中直接吸收,转化为辅酶A,并以与膳食维生素B5相同的方式分布。
哪些菌会产生维生素B5呢?
对人类肠道微生物群研究和谷禾数据库预测总结:脆弱拟杆菌、普雷沃氏菌属、一些瘤胃球菌属(乳链球菌和扭链球菌)、肠道沙门氏菌、幽门螺杆菌具有维生素B5生物合成途径,表明肠道共生菌可以产生维生素B5。
细菌与宿主竞争维生素B5
相比之下,大多数梭杆菌和双歧杆菌属、艰难梭菌、粪杆菌属和乳酸杆菌属(厚壁菌属)的一些菌株缺乏这种途径,尽管其中一些菌株确实表达泛酸转运体以利用维生素B5产生能量,表明这些细菌与宿主竞争维生素B5。
摄入量
世卫组织/粮农组织建议成年人每天摄入5.0毫克维生素B5。
含量较高的食物
蔬菜中的卷心菜类,例如西兰花羽衣甘蓝,以及鳄梨、全麦谷物、土豆、乳制品、内脏等食物。
维生素B6以多种形式存在,包括吡哆醇、吡哆醛和吡哆胺。这些形式的维生素B6是辅酶磷酸吡哆醛(PLP)和磷酸吡哆胺(PMP)的前体,参与多种细胞代谢过程,包括氨基酸、脂质和碳水化合物代谢。
维生素B6在肠道免疫监测中起着重要作用
维生素B6调节炎症的机制目前尚不清楚。维生素B6通过脂质介质1-磷酸鞘氨醇(S1P)的代谢促进肠道免疫调节。
S1P调节淋巴细胞进入肠道,尤其是大肠。淋巴细胞转运依赖于S1P的产生及其降解产生的S1P梯度。S1P降解由S1P裂解酶介导,该裂解酶需要维生素B6作为辅助因子。服用维生素B6拮抗剂会损害S1P裂解酶活性,并产生不适当的S1P梯度,导致淋巴细胞从淋巴组织迁移受损,并减少肠道中淋巴细胞的数量。位于肠道上皮细胞之间的淋巴细胞被称为上皮内细胞(IEL),参与抵抗病原体的保护。
膳食维生素B6
膳食维生素B6以PLP或PMP的形式存在;它通过内源性酶(如吡哆醛磷酸酶)转化为游离维生素B6,然后被小肠吸收。虽然已经证明维生素B6通过酸性pH依赖和载体介导的转运被吸收,但尚未在任何哺乳动物物种中鉴定出肠吡哆醇转运体。在吸收游离维生素B6后,它进入血液,并转化回PLP或PMP。
细菌维生素B6
细菌维生素B6是由脱氧基果糖5-磷酸和4-磷酸羟基-L-苏氨酸或甘油醛-3-磷酸和d-核酮糖5-磷酸合成的PLP。在大肠中,细菌衍生的PLP转化为游离维生素B6,通过被动运输被吸收,运输到血液中,并分布在全身。
哪些菌会产生维生素B6呢?
可能参与B6合成和代谢的菌如:脆弱拟杆菌、普雷沃氏菌属、长双歧杆菌、产气柯林斯菌、幽门螺杆菌。
拟杆菌和变形杆菌可能从5-磷酸脱氧纤维素和4-磷酸羟基-l-苏氨酸开始产生维生素B6,而放线菌可能从甘油醛-3-磷酸和d-核酮糖5-磷酸开始产生。
相比之下,大多数厚壁菌属(韦荣球菌、瘤胃球菌、粪杆菌和乳杆菌属)都缺乏维生素B6生物合成途径,除了一些梭菌(C. bartlettii、C. leptum、C.methylpentosum和C. sporogenes)和乳杆菌(短乳杆菌和瘤胃乳酸杆菌)外。
摄入量
世卫组织/粮农组织建议成年人每天摄入1.3-1.7毫克维生素B6。青少年和怀孕或哺乳的女性每天需要更多的维生素 B6,大约 2 毫克。
缺乏导致
维生素B6缺乏与过敏和类风湿性关节炎等炎症性疾病的发展以及神经元功能障碍有关。维生素B6缺乏会破坏Th1-Th2平衡,导致过度的Th2反应,导致过敏。此外,在类风湿性关节炎患者中观察到血浆维生素B6水平较低,以及促炎细胞因子(如TNF-α和IL-6)水平升高。
其他还包括导致肌肉无力、抑郁、易怒、短期记忆丧失、紧张和注意力不集中等问题。
含量高的食物
鱼类、鸡肉、豆腐、红薯、鳄梨、扁豆、牛奶、三文鱼、虾、菠菜、葵花籽、金枪鱼、糙米等。
维生素B7(生物素)是葡萄糖、氨基酸和脂肪酸代谢所必需的几种羧化酶的辅助因子。例如,维生素B7是参与脂肪酸生物合成的乙酰辅酶A羧化酶和脂肪酸合成酶的必要辅助因子。因此,维生素B7可能会影响免疫代谢。
维生素B7的抗炎作用
维生素B7通过结合(生物素化)组蛋白抑制基因表达;这些基因包括编码NF-κB的基因,NF-κB是产生几种促炎细胞因子(例如,肿瘤坏死因子α、IL-1、IL-6、IL-8)的主要信号分子。NF-κB的核转录在维生素B7缺乏时被激活,表明组蛋白的生物素化抑制NF-κB信号中编码促炎细胞因子的基因的表达。
因此,维生素B7通过抑制NF-κB活化而具有抗炎作用,膳食维生素B7缺乏通过促进促炎细胞因子的分泌而引起炎症反应。
膳食维生素B7
膳食生物素以游离蛋白质结合形式或生物素形式存在。在小肠中,生物素酶从结合蛋白中释放游离生物素,游离生物素通过生物素转运体SMVT被吸收。
细菌维生素B7
维生素B7也是由肠道细菌产生的游离生物素,由丙二酰辅酶A或吡美乐酸通过吡美乐酰辅酶A合成。细菌游离生物素被结肠中表达的SMVT吸收。
哪些菌会产生维生素B7呢?
可能参与B7合成和代谢的菌如:脆弱拟杆菌、普雷沃氏菌属可变梭杆菌、大肠弯曲杆菌(campylobacteric coli)。
维生素B7的产生似乎在不同的肠道细菌之间以合作的方式进行;肠道中的长双歧杆菌产生吡美拉酸,它是维生素B7的前体,可增强其他肠道细菌产生维生素B7。
细菌与宿主竞争维生素B7
相比之下,普雷沃氏菌属、双歧杆菌属、梭菌属、瘤胃球菌属、粪杆菌属和乳酸杆菌属缺乏这种途径;然而,它们确实表达游离生物素转运体,这表明这些细菌也利用饮食和细菌维生素B7,因此可能与宿主竞争。
因此,游离生物素可能会影响肠道微生物群的组成,因为生物素是微生物群生长和存活所必需的。
缺乏导致
生物素缺乏会导致肠道失调和鼠乳杆菌过度生长,从而导致脱发。
什么情况会缺乏?
生蛋清中含有大量的抗生物素,它与维生素B7紧密结合,阻止维生素B7在肠道中被吸收。因此,维生素B7缺乏症不仅可能由维生素B7摄入不足引起,还可能由过量摄入生蛋清引起。
摄入量
世卫组织/粮农组织建议成年人每天摄入30微克。
含量较高的食物
维生素B7在坚果、豆类和油籽等食物中含量丰富。
维生素B9(叶酸)以四氢叶酸的形式存在,是包括DNA和氨基酸合成在内的多种代谢反应的辅助因子。
缺乏导致
由于红细胞对维生素B9的高需求,维生素B9缺乏会导致巨幼细胞性贫血。维生素B9缺乏症还通过将细胞周期阻滞在S期并增加DNA损伤的频率,在体外抑制人类CD8+T细胞的增殖。
维生素B9有助于维持免疫稳态
调节性T细胞(Treg)表达高水平的维生素B9受体(叶酸受体4[FR4])。服用抗FR4抗体会导致Treg细胞群的特异性减少,这表明维持Treg细胞需要维生素B9–FR4轴。
在维生素B9减少的条件下体外培养Treg细胞会导致细胞存活受损,抗凋亡Bcl2分子的表达减少,尽管幼稚T细胞仍保留分化为Treg细胞的能力;这表明维生素B9是Treg细胞的生存因子。
与这些发现一致,膳食维生素B9缺乏导致小肠中Treg细胞数量减少。由于Treg细胞在预防过度免疫反应中起着重要作用,喂食缺乏维生素B9饮食的小鼠对肠道炎症的易感性增加。
膳食维生素B9
维生素B9以单谷氨酸和多谷氨酸叶酸的形式存在于饮食中。叶酸-聚谷氨酸酯与谷氨酸单酯脱结合,然后通过叶酸转运体(如质子耦合叶酸转运体(PCFT))在小肠吸收。在肠上皮中,叶酸单谷氨酸盐在被输送到血液之前转化为四氢叶酸(THF),四氢叶酸是一种活性形式和辅助因子。
细菌维生素B9
肠道细菌从GTP、4-磷酸红糖和磷酸烯醇式丙酮酸合成维生素B9作为THF。细菌性THF通过PCFT在结肠中直接吸收,并通过血液分布到全身。
哪些菌会产生维生素B9呢?
对人类肠道微生物群研究和谷禾数据库预测总结:脆弱拟杆菌、普雷沃氏菌属、艰难梭菌、植物乳杆菌、罗氏乳杆菌、德氏乳杆菌、保加利亚和嗜热链球菌、双歧杆菌属中的一些物种、可变梭杆菌、肠道沙门氏菌具有维生素B9生物合成途径。这表明几乎所有门中的所有物种都会产生叶酸。
膳食中添加双歧杆菌益生菌菌株(青春期双歧杆菌和假链双歧杆菌)可提高叶酸缺乏大鼠和无叶酸培养基大肠中叶酸的生成。此外,植物乳杆菌、德氏乳杆菌、保加利亚乳杆菌和罗氏乳杆菌可提高缺乏叶酸合成所需成分的细菌培养上清液中叶酸的生成。
维生素B9代谢物防止过敏和炎症
在共生细菌中,维生素B9代谢产物6-甲酰蝶呤(6-FP)是通过光降解产生的。与维生素B2代谢物6-羟甲基-8-d-三嗪一样,6-FP与MR1结合,但与B2代谢物不同,它不能激活MAIT细胞。6-FP的类似物乙酰-6-FP是MR1的拮抗剂,可抑制MAIT细胞活化。
如关于维生素B2的章节所述,6-羟甲基-8-d-三硝基脲嗪可激活MAIT细胞,从而抵御病原体,因此维生素B9代谢物可抑制过度的MAIT细胞反应,并防止过度过敏和炎症反应。
膳食维生素B2和B9与微生物群的组成及其代谢这些维生素的能力之间的定量平衡,可能是理解肠内MAIT细胞介导的稳态的关键。
摄入量
世卫组织/粮农组织建议成年人每天摄入400微克维生素B9。美国国立卫生研究院建议母乳喂养的母亲每天需要 500 微克,青少年和怀孕女性每天应该摄入 600 微克。
较高含量的食物
牛肉肝、深绿叶蔬菜、芦笋、抱子甘蓝、橙子、坚果、豆类等食物含有高水平的维生素B9。
维生素B12(钴胺素)是一种含钴的维生素,以甲钴胺素和腺苷钴胺素的活性形式催化甲硫氨酸的合成。
维生素B12促进免疫反应
在宿主免疫方面,膳食维生素B12缺乏会减少小鼠体内CD8+T细胞的数量,并抑制自然杀伤T细胞的活性;补充甲钴胺可以改善这些状况,这表明维生素B12通过CD8+T细胞和自然杀伤T细胞促进免疫反应。
膳食维生素B12
膳食维生素B12与膳食蛋白质复合存在,胃蛋白酶将其分解为游离维生素B12。游离维生素B12通过胃糖蛋白内源性因子(IF)被小肠上皮细胞吸收。在上皮细胞内,如果维生素B12复合物被溶酶体分解为游离维生素B12,然后释放到血液中,在血液中转化为活性形式并分布在全身。
细菌维生素B12
细菌维生素B12由前甲胎蛋白-2合成,产生腺苷钴胺素,直接被大肠吸收并分布在全身;这种吸收的机制目前尚不清楚。
哪些菌会产生维生素B12呢?
可能参与B12合成和代谢的菌如:脆弱拟杆菌和普雷沃氏菌属、艰难梭菌、粪杆菌和乳瘤胃球菌、动物双歧杆菌、婴儿双歧杆菌和长双歧杆菌、可变梭杆菌。
从发酵食品中分离出的植物乳杆菌和棒状乳杆菌产生维生素B12,而动物双歧杆菌在牛奶发酵过程中合成维生素B12。
摄入量
世卫组织/粮农组织建议成年人每天摄入2.4μg维生素B12。青少年和怀孕或哺乳的女性需要更多:每天 2.6 至 2.8 μg。
缺乏导致
与维生素B6和B9一起,维生素B12在红细胞形成和核酸合成中起着重要作用,尤其是在神经元中。因此,维生素B12缺乏会导致巨幼细胞性贫血和神经系统症状,如手脚麻木,刺痛。
其他还会导致包括贫血、失智、沮丧、难以保持平衡、疲劳、虚弱、体重减轻、肠道问题、肌肉无力、口腔或舌头酸痛等症状,缺乏也会损害神经系统,并可能导致记忆力差、情绪障碍、抑郁、精神错乱和痴呆。
什么情况会缺乏?
除了饮食摄入量不足的原因之外,维生素 B-12 缺乏还可能是由于恶性贫血(一种影响壁细胞和内因子释放的自身免疫性疾病,维生素 B-12 吸收所必需的)导致的生物利用度低或吸收受损;随着年龄的增长,药物(例如质子泵抑制剂)的使用,胃肠道疾病(例如炎症性肠病)或胃肠道感染(例如幽门螺杆菌、肠道蠕虫)的发生,萎缩性胃炎、吸收不良和恶性贫血的风险增加。
含量较高的食物
牛肝、双壳类、鱼类、鸡肉和鸡蛋含有高水平的维生素B12。
微生物群失调和维生素缺乏是相互关联的,这种关系可能直接影响宿主健康。
对哺乳期女性进行的一项关联研究发现,增加维生素 B2、B5、B6 和 B12 的摄入量与120个粪便样本中普氏菌的相对丰度增加和拟杆菌的相对丰度降低有关。
炎症性肠病(IBD)患者会出现血浆维生素B2浓度较低。肠道慢性炎症包括促炎细胞因子浓度升高,已被证明会导致上皮吸收功能的改变。肠上皮细胞暴露于促炎细胞因子肿瘤坏死因子-α中会显著抑制维生素B2的摄取,这可能解释了IBD患者中维生素B2浓度显著较低的原因。
维生素B2和B3浓度可能是疾病状态的标志物。
克罗恩病恶化与参与抗炎的维生素B2、B1、B9生物合成相关的微生物基因减少有关。
此外,患有 2 型糖尿病的受试者在与微生物介导的维生素代谢相关的基因丰度方面表现出显着变化。
营养不良儿童的微生物组显示参与B 族维生素代谢的多种途径显着减少,包括烟酸/NADP 生物合成。
所有这些观察结果表明,微量营养素的缺乏会改变肠道微生物群。
因此,在某些条件下,针对肠道微生物群的维生素补充剂(直接和间接)可能对健康有益。
越来越多的证据表明,当大量服用以逃避完全吸收或以结肠靶向递送系统 (CTDS) 的形式服用时,维生素可以直接调节肠道微生物组。此外,维生素似乎通过体循环的间接机制影响肠道微生物群,与人类健康直接相关。
结肠靶向维生素补充剂可能通过三种相互关联的途径影响宿主健康
1) 对肠道免疫系统的直接影响(上左图)
2) 对肠道上皮屏障的直接影响(上右图)
3) 通过微生物代谢产物对肠道微生物群以及随后对肠道免疫和上皮屏障的影响(中)
在一个小型成人志愿者组中进行了一项试点研究,该组补充了过量的维生素B2(100 毫克),为期 14 天。他们发现,在补充过程中,每克粪便中的Faecalibacterium prausnitziip数量增加。作者还注意到厌氧罗氏菌属的增加和大肠杆菌减少。
关于维生素的结肠靶向性,最近的一项研究表明,通过缓释微囊结肠靶向补充烟碱酸有益于影响微生物组成和胰岛素敏感性。有趣的是,作者还观察到肥胖受试者群体中α多样性和拟杆菌丰度降低,并指出这种变化与膳食烟酸摄入量降低有关。
针对克罗恩病的研究发现发现,补充维生素 B2 可减少全身氧化应激、一些抗炎作用,降低 C 反应蛋白、红细胞沉降率、血小板和 IL-2,并减轻临床症状。粪便微生物群的荧光原位杂交分析显示 克罗恩病患者中粪便肠杆菌科细菌减少、粪便钙卫蛋白水平降低。
维生素可以调节微生物组、改变氧化还原电位,并且就维生素 B3而言,对全身胰岛素敏感性和代谢性炎症的生物标志物产生积极影响。虽然需要进行额外的临床研究以充分了解结肠靶向递送维生素的优势和潜在副作用,但在菌群失调的情况下,这种方法可能成为预防和治疗微生物组相关疾病的新的菌群调节途径。
该领域的研究很复杂,因为不仅肠道菌群的组成因人而异,饮食也会改变肠道菌群的组成和功能,维生素介导的免疫维持也因人而异。
补充结肠靶向维生素可能与基于个人健康状况和微生物组组成的个性化营养建议相关。
目前,对肠道微生物群的研究及其与多种 B族维生素的相互作用机制的理解正逐步深入,精准健康和营养新时代正在开启。
主要参考文献
Beane, K.E., Redding, M.C., Wang, X. et al. Effects of dietary fibers, micronutrients, and phytonutrients on gut microbiome: a review. Appl Biol Chem 64, 36 (2021). doi.org/10.1186/s13765-021-00605-6
Uebanso T, Shimohata T, Mawatari K, Takahashi A. Functional Roles of B-Vitamins in the Gut and Gut Microbiome. Mol Nutr Food Res. 2020 Sep;64(18):e2000426. doi: 10.1002/mnfr.202000426. Epub 2020 Aug 19. PMID: 32761878.
Yoshii K, Hosomi K, Sawane K, Kunisawa J. Metabolism of Dietary and Microbial Vitamin B Family in the Regulation of Host Immunity. Front Nutr. 2019 Apr 17;6:48. doi: 10.3389/fnut.2019.00048. PMID: 31058161; PMCID: PMC6478888.
Steinert RE, Lee YK, Sybesma W. Vitamins for the Gut Microbiome. Trends Mol Med. 2020 Feb;26(2):137-140. doi: 10.1016/j.molmed.2019.11.005. Epub 2019 Dec 17. PMID: 31862244.
Heather M Guetterman, Samantha L Huey, Rob Knight, Allison M Fox, Saurabh Mehta, Julia L Finkelstein, Vitamin B-12 and the Gastrointestinal Microbiome: A Systematic Review, Advances in Nutrition, 2021;nmab123, doi.org/10.1093/advances/nmab123
Putnam EE, Goodman AL. B vitamin acquisition by gut commensal bacteria. PLoS Pathog. 2020 Jan 23;16(1):e1008208. doi: 10.1371/journal.ppat.1008208. PMID: 31971969; PMCID: PMC6977713.
谷禾健康
普雷沃氏菌属存在于人类中,帮助分解蛋白质和碳水化合物食物。也可作为条件致病菌,引起牙周和牙齿、肠道炎症、类风湿性关节炎、细菌性阴道炎等问题。
普雷沃氏菌(Prevotella)是革兰氏阴性菌、非运动性、杆状、单细胞,可在厌氧条件下生长。
Prevotella是一个大属,包括50多个不同的物种。大多数可以从口腔和肠道中分离出来。
普雷沃氏菌有助于分解蛋白质和碳水化合物食物。
普雷沃氏菌可以通过结合或附着在上皮细胞以外的其他细菌上定植,在以前感染的区域产生更大的感染。
普雷沃氏菌的另一种生存机制是天然抗生素抗性基因,防止被消灭(TIGR)。
接下来,我们从肠道、口腔、阴道三个部位,来了解普雷沃氏菌与人体健康或疾病的关系。
普雷沃氏菌通常被认为是一种与健康的植物性饮食相关的菌,在人体中发挥“益生菌”的作用。普雷沃氏菌属的减少与某些疾病相关。
自闭症
被诊断患有自闭症的儿童的普雷沃氏菌属丰度较低。婴儿普雷沃氏菌水平的下降与两岁时的行为问题有关。
过敏
研究人员分析了从2010年到2015年收集的数据,这些数据观察了怀孕36周的母亲以及她们1个月、6个月和12个月大的婴儿的粪便样本。有食物过敏的儿童(58名)与没有食物过敏的儿童(258名)进行了比较。
他们发现,20%没有过敏的婴儿的粪便样本中含有P.copri,而过敏婴儿的粪便样本中只有8%含有P.copri:母亲的粪便样本中含有P.copri,意味着婴儿产生过敏的风险更低。
多发性硬化症
在多发性硬化症患者的肠道微生物群中,缺乏Prevotella histicola。
2019年开展的一项研究表明,单独使用Prevotella histicola治疗转基因小鼠或与多发性硬化药物Copaxone联合治疗,减少了与该疾病相关的促炎症反应。
因此,该菌可能在多发性硬化症(MS)患者中有潜在的治疗作用,多发性硬化症是一种影响大脑和神经的自身免疫性疾病。多发性硬化症患者通常表现为微生物群失衡。
普雷沃氏菌是健康肠道生物群中必不可少的菌。然而,这种细菌是不是越多越好?
答案是否定的。