谷禾健康
产丁酸物种与内源丁酸
肠道菌群与人体健康之间,存在着一座由微生物代谢产物搭建的“沟通桥梁”,丁酸便是其中的重要成员。作为肠道微生物发酵膳食纤维、抗性淀粉等底物产生的短链脂肪酸,丁酸不仅是结肠上皮细胞的重要能量来源,还参与维持肠道屏障、调节免疫反应和局部炎症,帮助塑造有利于肠道微生态稳定的环境。近年来,丁酸在能量代谢、氧化应激及结直肠癌相关机制中的潜在作用越来越不容忽视。
此前,我们介绍过普氏栖粪杆菌,以及罗氏菌属、厌氧棒状菌属、丁酸弧菌属等常见产丁酸菌属。这一次,我们将进一步把目光聚焦到具体菌种,认识几位值得关注的肠道重要“丁酸生产菌种”,了解它们的代谢特点、在微生态中的作用,以及与宿主健康之间的联系。
(以前单独介绍过)
人体肠道丰度最高的产丁酸菌之一,丁酸为结肠上皮供能、上调紧密连接、抑制NF-κB并促GLP-1;编码的脂肪酸酰胺水解酶参与改善儿童营养不良,可抵抗病原定植并增强肠癌免疫治疗。IBD与2型糖尿病中显著降低,与HOMA-IR、HbA1c负相关,是肠道健康风向标。
人体结肠核心产丁酸菌,发酵抗性淀粉和膳食纤维产大量丁酸供结肠上皮,改善上皮细胞谷氨酰胺紊乱、下调肠炎,与HbA1c和炎症标志物负相关。在银屑病、银屑病关节炎及克罗恩病患者肠道中显著耗竭,在非肥胖型代谢相关脂肪性肝病中反而增加,提示其变化具有疾病和宿主情境依赖性。
真杆菌属成员,产丁酸,参与膳食纤维发酵,与代谢健康指标相关,丰度下降常与菌群失调和代谢紊乱相关。与血浆高密度脂蛋白胆固醇呈正相关,发挥心血管保护作用,对维持肠道能量供应和屏障健康具有重要意义。其适量存在有助于代谢稳态,过度耗竭则提示肠道产丁酸能力和屏障功能下降。
产丁酸菌,发酵膳食纤维产丁酸,改善代谢并抗炎,与较优代谢表型相关;代谢紊乱人群中丰度下降。作为产丁酸菌群的新成员,其中菌株SR79可改善认知功能并减少神经病理损伤,显示出代谢与神经保护的双重潜力,是值得关注的有益新菌。
厌氧丁酸菌,利用乳酸和乙酸交叉喂养高效产丁酸,是肠道丁酸池的重要贡献者,能维护肠屏障、抑制炎症。参与谷氨酸代谢,与膳食纤维摄入和代谢状态相关,并参与调控人体情绪。在多种自身免疫疾病患者中丰度降低,属有益产丁酸菌。
罗斯氏菌属成员,消耗乙酸产丁酸,参与胆汁酸代谢和膳食纤维发酵,为结肠上皮供能并抑制炎症,与较优代谢表型相关。在健康人群中稳定存在,其丰度常作为评估菌群产丁酸能力的参考菌种;丰度过低提示产丁酸能力下降,与肠屏障受损、低度炎症和代谢紊乱相关,过量或与其他产丁酸菌竞争则意义有限,属有益产丁酸菌。
人罗斯氏菌,产丁酸,IBD患者中显著降低,能抑制炎症、缓解中枢神经炎症并保护肠屏障,是罗斯氏菌属代表。关键代谢产物烟酰胺核苷(NAD+前体)可预防饮食诱导的代谢紊乱,有潜在抗肥胖作用,并提高雌激素生物利用度以预防骨质疏松;其丰度是肠道抗炎能力的重要指标。
高效产丁酸菌,维护肠屏障、抑制低度炎症并改善胰岛素敏感性。2型糖尿病和肥胖中降低,与胰岛素敏感性正相关,可降低内毒素血症与动脉粥样硬化斑块负荷;在克罗恩病和溃疡性结肠炎中降低,能增强抗PD-1抑瘤疗效,动物实验补充可改善葡萄糖耐量。
菌株筛选鉴定出的新型抗高脂血症候选益生菌,产乙酸、丙酸、丁酸,具抗炎和降脂活性。动物实验证实其可改善高脂饮食性高脂血症,与较低总胆固醇、甘油三酯相关,是具降脂潜力的有益菌。丰度偏低与血脂异常和代谢紊乱相关,适量补充或富集可能有助于改善脂代谢,值得进一步临床验证。
Nat Med 2025年1167人队列鉴定为血糖控制网络的关键有益枢纽菌,能产短链脂肪酸并抑制有害菌。其减少与血糖异常和胰岛素抵抗相关,是代谢保护的重要靶点,被视为维护糖代谢稳态的核心有益菌,补充或富集具潜在代谢改善价值。
属厚壁菌门梭菌IV群的产丁酸菌,在IBD患者中丰度显著降低,动物模型中补充可减轻结肠炎、促进屏障修复,被视为有治疗潜力的益生菌候选。神经发育障碍患儿中丰度也偏低,提示其对肠道炎症敏感,是反映肠道炎症状态的敏感指示菌。
产丁酸单胞菌属成员,发酵碳水产丁酸和丙酸,维护肠屏障、抑制炎症并调节代谢,在健康人群中常见。代谢紊乱和肠道炎症时其丰度下降,提示其减少与屏障受损、炎症及代谢异常相关,是反映肠道产丁酸能力与健康状态的有益菌之一。
丁酸梭菌,是典型产丁酸益生菌,能增强紧密连接、抗炎、抑制病原并改善菌群;孢子制剂稳定性好。CBM588可改善IBS-D、预防UC术后储袋炎,2025年研究显示其可增强结直肠癌抗PD-1疗效。临床用于腹泻及抗生素相关性肠炎辅助调理;免疫低下者极少可发生益生菌相关菌血症,少数毒株可产E型肉毒毒素,菌株差异明显。
柔嫩梭菌为Clostridium leptum群代表,发酵多种膳食纤维产丁酸,是产丁酸菌群重要成员,常作产丁酸能力指标。IBD和代谢紊乱中减少,克罗恩病与溃疡性结肠炎患者粪便及黏膜中显著耗竭,剖宫产婴儿缺乏其定植。丰度平衡是维系肠上皮稳态与肠肺、肠代谢轴健康的重要基础。
伴生粪球菌,产丁酸,参与膳食纤维发酵,与肠道健康和低炎症状态相关,在健康人群中较常见。其丰度与宿主代谢和免疫状态相关,是反映肠道产丁酸能力和整体健康水平的有益共生菌;丰度过低常伴随菌群失调和代谢紊乱,维持适量水平有助于肠道抗炎和屏障健康。
产生乙酸和丁酸、具抗炎作用的肠道共生菌,2型糖尿病中显著减少,与炎症标志物负相关,动物实验补充可改善葡萄糖稳态,是评估肠道健康的重要指示菌。在语言发育迟缓儿童中显著降低,小鼠中可改善抑郁样行为,帕金森病患者肠道中丰度降低并与腹部不适相关。
以赖氨酸、果糖-赖氨酸为底物产丁酸,开辟不依赖膳食纤维的丁酸生成途径,抗炎并改善代谢,可减缓体重增加、改善血糖,并增强黏膜适应性防御机制。在低纤维饮食人群中尤具生态学意义,是该人群维持丁酸供应、维护肠屏障与黏膜免疫的重要补偿菌,也是对膳食纤维依赖度低的有益新型产丁酸菌,具备潜在的益生开发价值。
挑剔毛螺菌(旧称Eubacterium eligens),产丁酸,在动脉粥样硬化、血脂异常和IBD人群中持续耗竭,其减少提示肠道抗炎与代谢保护能力下降;能修复肠道与血脑屏障完整性、抑制神经炎症以减轻癫痫发作。但部分研究显示自闭症儿童中其丰度增加,作用具情境依赖性。
p.s.
谷禾健康肠道菌群检测报告涵盖上述物种,展示:个体检出情况、参考范围及人群检出率,帮助了解产丁酸相关菌群,为科学调节菌群、改善肠道和健康提供参考。
对于日常肠道健康,基础的策略是摄入适量、自己能够耐受的膳食纤维和抗性淀粉,调节产丁酸菌,进行内源产生丁酸,这个的健康益处更大。
益生元是直接滋养微生物群的食物,包括蔬菜、水果、豆类和全谷物。它们含有膳食纤维,可被肠道细菌发酵成丁酸盐等有机化合物。通过食物增强微生物群是促进消化系统健康和丁酸盐生成的有效且安全的方法。
高蛋白、高脂肪、同时低纤维化合物的饮食已被证明会破坏微生物组中丁酸盐的产生。在一项研究中,研究人员分析了短期饮食限制碳水化合物摄入量的肥胖参与者的微生物组,从而限制了他们对植物性膳食纤维的消耗。
在低碳水化合物饮食(每天 24 克)和中等碳水化合物饮食(每天 164 克)4 周后,短链脂肪酸的浓度低于高碳水化合物饮食(每天 399 克)。具体来说,当碳水化合物摄入量减少时,丁酸盐浓度会降低。同一项研究还发现,厚壁菌门细菌种类 Roseburia 和 E. Rectale的密度与丁酸盐浓度之间存在联系,两者都随着碳水化合物摄入量的减少而降低。
然而,以上所谓的“膳食纤维”并不能完全解决这个问题,为什么呢?
理解以下几点很重要:
1、即使是来自同一菌属的菌种,对不同底物的反应也不同。
2、某些细菌能够消化果聚糖,有些则不能。而那些可以消化的里面又有不一样的情况,其中一些能够消化短链的果聚糖,但不能消化更长链菊糖的果聚糖。
3、以上只是细菌消化不同底物能力的一个例子。由于这种变化的存在,不能一概而论。
而我们最需要的,拥有丰富多样的产丁酸菌群构成和寻找特定适合自己类型的纤维。
一项研究表明,不同类型碳水化合物的SCFA产量(单位:kJ)如下所示:
Bourassa MW, et al., Neurosci Lett. 2016
在该研究中,低聚果糖(FOS)的类型是洋葱、芦笋和香蕉等食物,而抗性淀粉(RS)则是全谷物和豆类。
另一项研究表明,补充特定猕猴桃中发现的低聚果糖可在4周内使 F. prausnitzii 增加100%。这是一项重大发现,因为目前有大量研究报告,F.prausnitzii 的相对缺乏与几种主要肠道疾病有关——最显著的是炎症性肠病(溃疡性结肠炎和克罗恩病)。
抗性淀粉2型和3型,哪种更好?
这项研究表明,从生马铃薯和高直链淀粉玉米淀粉以及全谷物中发现的阿拉伯木聚糖中提取的2型抗性淀粉含量高的日粮中丁酸产量显著增加。
在174名健康年轻人的饮食中添加马铃薯抗性淀粉后,丁酸盐产量增加。玉米、菊苣和玉米中的抗性淀粉也进行了测试,但只有当食用土豆中的抗性淀粉时,粪便中的丁酸总量才会显著增加。
对于这种类型的抗性淀粉(RS2)是否对人类“有益”存在不同的观点,有多个来源表明,RS3是一种更好的来源,因为RS2似乎可以喂养有害细菌,而RS3可以喂养有益细菌。
此外,鳄梨(牛油果)增加了能够产生短链脂肪酸的微生物数量,以及产生的总短链脂肪酸。
果聚糖(菊粉)
许多研究表明,菊粉可以增加短链脂肪酸的产量,包括丁酸盐。这可能解释了香蕉在溃疡性结肠炎和克罗恩病患者的饮食中如此有效的原因之一。然而,链长较短的果聚糖通常比链长的果聚糖(如菊粉)更容易喂养产丁酸菌。
补充菊粉虽然能够改变宿主的微生物群,但不会增加粪便丁酸水平。尽管这一结果似乎与谷物相反,但许多研究证明了补充菊粉在增加肠道短链脂肪酸生成方面的功效。
编辑
也就说,抗性淀粉和果聚糖(短链低聚果糖 和长链菊粉)在肠道中发酵时会产生丁酸盐。
对于抗性淀粉,似乎大多数研究都集中在 RS2 上。然而,在许多情况下,据报道 RS3 会产生更高水平的丁酸盐,对人类更健康。
抗性淀粉
煮熟后冷却:
土豆、红薯、米饭、意大利面、燕麦、豆类、豆类、全谷物。
原料:
青香蕉、马铃薯、马铃薯淀粉、青香蕉粉。
果聚糖
洋葱、菊苣、香蕉、朝鲜蓟、芦笋、大蒜、韭菜、西兰花、开心果和各种提取物。
由于人与人之间的常驻微生物存在显著差异,并且它们消化某些底物的能力不同,因此比较明智的选择是食用包含多种抗性淀粉和果聚糖的饮食。例如以马铃薯抗性淀粉、燕麦麸皮纤维或车前草种子或短链低聚半乳糖、长链低聚果糖和谷氨酰胺的混合物的形式短期补充,增加丁酸盐水平。
丁酸是不是越多越好?
丁酸并不总是越多越好,低浓度丁酸促进细胞增殖和生长,高浓度丁酸反而抑制细胞增殖和生长,增加肠道的通透性。
胃肠道不同部位对丁酸的耐受阈值也存在一定差异,胃和小肠对丁酸的耐受阈值低,结肠和盲肠耐受阈值高。
添加普通丁酸钠制剂过量(主要在肠道前端被吸收利用),反而造成肠道炎症、菌群失调。
更有意思的是,轻微炎症或者轻度溃疡部位添加丁酸盐可以促进肠道损伤的修复,在严重溃疡肠道部位添加,不利于溃疡的恢复,甚至加剧整个溃疡。