■衛(wèi)旭彪 張璐璐 斯大勇 張日俊

（中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)飼料生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)室動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100193）

動(dòng)物腸道中定植著大量的細(xì)菌，其數(shù)量大約是宿主機(jī)體細(xì)胞總數(shù)的10倍。影響宿主生理狀態(tài)的除了營(yíng)養(yǎng)因素外，腸道微生物也扮演著重要的角色。近年來(lái)的研究表明，腸道微生物對(duì)腸道內(nèi)的蛋白質(zhì)及氨基酸發(fā)酵會(huì)產(chǎn)生大量的代謝產(chǎn)物，這些代謝產(chǎn)物具有不同的生理功能并對(duì)宿主健康具有重要的影響。因此，本文綜述了腸道菌群分解氨基酸后生成的幾類重要的代謝產(chǎn)物以及這些活性物質(zhì)對(duì)宿主發(fā)揮各項(xiàng)生理功能的作用。

1 神經(jīng)調(diào)節(jié)活性物質(zhì)

研究表明，哺乳動(dòng)物的腸道菌群可以分解氨基酸并生成一些神經(jīng)調(diào)節(jié)化合物，主要包括γ-氨基丁酸（GABA；由乳酸菌、雙歧桿菌和鏈球菌產(chǎn)生）、去腎上腺素（由大腸桿菌和芽孢桿菌產(chǎn)生）、多巴胺（由芽孢桿菌產(chǎn)生）、組胺（許多細(xì)菌產(chǎn)生）以及血清素（鏈球菌、大腸桿菌和腸球菌產(chǎn)生）等[1]。此外，腸道菌群降解蛋白質(zhì)的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生NO和生物胺（色胺和苯乙胺）。目前，有關(guān)這些代謝產(chǎn)物對(duì)腸道和外周組織影響的研究仍處于較為初步的階段。

1.1 GABA

GABA即抑制性神經(jīng)遞質(zhì)，是由腸道微生物利用脫羧酶對(duì)谷氨酸脫羧產(chǎn)生的。產(chǎn)生的GABA一部分通過(guò)谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的逆向轉(zhuǎn)運(yùn)載體排出細(xì)胞，另一部分則留在細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)通過(guò)GABA途徑被分解生成琥珀酸[2]。在大腸桿菌等許多革蘭氏陰性菌中均發(fā)現(xiàn)了谷氨酸和GABA轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白[2]。對(duì)小鼠的研究顯示，當(dāng)給小鼠飼喂鼠李糖桿菌可以誘導(dǎo)GABA受體的mRNA發(fā)生變異，同時(shí)可以減少小鼠的焦慮和抑郁等相關(guān)行為。

1.2 血清素

血清素作為腦-腸軸中一種具有關(guān)鍵作用的物質(zhì)，可以調(diào)節(jié)腸道免疫、胃腸分泌以及腸胃蠕動(dòng)等過(guò)程。對(duì)于人體的研究證明，血清素是色氨酸通過(guò)5-單氧色氨酸酶（色氨酸羥化酶）和L-型芳香族氨基酸脫羧酶降解得到的。近年來(lái)，有試驗(yàn)證明血清素也可以由鏈球菌、大腸桿菌等幾種腸道菌群產(chǎn)生，此外細(xì)菌也可以誘導(dǎo)宿主直接產(chǎn)生血清素[3]。

1.3 組胺

組胺及其受體不只是動(dòng)物機(jī)體免疫系統(tǒng)和胃腸系統(tǒng)的重要組成部分，其在機(jī)體神經(jīng)系統(tǒng)的運(yùn)作以及能量平衡方面也扮演著重要角色[4]。研究證明，無(wú)論是革蘭氏陽(yáng)性菌還是陰性菌均可以通過(guò)組氨酸的脫羧而產(chǎn)生組胺[5]，不同的是，革蘭氏陽(yáng)性菌利用丙酮酸依賴性組氨酸脫羧酶對(duì)組氨酸脫羧，而革蘭氏陰性菌利用的是磷酸吡哆醛依賴性脫羧酶[5]。研究證明，腸道菌群羅氏乳桿菌分泌的組胺可以抑制宿主淋巴細(xì)胞中TNF-α的表達(dá)，表明微生物來(lái)源的組胺具有一定的抗炎作用[6]；但是，也有研究證明腸道菌群發(fā)酵產(chǎn)生的組胺會(huì)使機(jī)體產(chǎn)生組胺樣毒素，進(jìn)而引起宿主食物中毒[7]。由此可見(jiàn)，細(xì)菌產(chǎn)生的組胺對(duì)宿主是否有利可能與宿主所處生理狀態(tài)以及組胺含量高低有關(guān)。

1.4 酪氨酸

酪氨酸是包括甲狀腺激素在內(nèi)的多種激素的前體物質(zhì)，也是L-3羥基苯丙氨酸（L-DOPA）的前體物質(zhì)，而L-DOPA又是多巴胺、去腎上腺素的前體物質(zhì)。因此，酪氨酸在機(jī)體內(nèi)具有重要的調(diào)節(jié)作用。研究證明，腸道菌群中廣泛存在酪氨酸酶，這種酶可以將酪氨酸轉(zhuǎn)化為L(zhǎng)-DOPA[8]。此外，人們發(fā)現(xiàn)大腸桿菌和芽孢桿菌可以合成去腎上腺素，但是合成途徑中所需的酶需要從宿主體內(nèi)獲得，這也說(shuō)明其生物合成是宿主和微生物共同作用的結(jié)果[9]。

1.5 酪胺

酪胺在體內(nèi)濃度較高時(shí)可能會(huì)引發(fā)機(jī)體中毒、高血壓、偏頭痛綜合征等[10]。研究證明，乳酸菌等革蘭氏陽(yáng)性菌可以通過(guò)酪氨酸脫羧酶合成酪胺[10]。此外，研究發(fā)現(xiàn)腸道微生物來(lái)源的酪胺可以增加內(nèi)分泌細(xì)胞的血清素分泌量[11]。

1.6 色胺

色胺是一種β-芳胺型神經(jīng)遞質(zhì)，在體內(nèi)扮演著多種角色。首先，它可以作為內(nèi)分泌細(xì)胞分泌血清素的誘導(dǎo)劑；此外，色胺還能夠調(diào)節(jié)胃腸蠕動(dòng)，進(jìn)而有一定的預(yù)防腸炎的作用。而最近的研究證明，色胺是由梭狀芽孢桿菌利用色氨酸脫羧酶對(duì)色氨酸脫羧而產(chǎn)生的。此外，研究發(fā)現(xiàn)厚壁菌門(mén)也能分泌色氨酸脫氫酶，進(jìn)而合成色胺[12]。

1.7 苯乙胺

苯乙胺是一種能夠影響機(jī)體飽腹感和情緒的神經(jīng)遞質(zhì)[13]，它是由腸道菌群通過(guò)L-芳香族氨基酸脫羧酶對(duì)苯丙氨酸脫羧而產(chǎn)生的[14]。

2 短鏈/支鏈脂肪酸

機(jī)體內(nèi)的短鏈脂肪酸（SCFAS）主要是由腸道微生物合成的。盡管短鏈脂肪酸常見(jiàn)的合成底物為纖維和抗性淀粉，但是研究證明蛋白質(zhì)是腸道菌群體外合成短鏈脂肪酸或支鏈脂肪酸的唯一碳源[15]。不同的菌群對(duì)同一種氨基酸發(fā)酵及同一種細(xì)菌對(duì)不同的氨基酸發(fā)酵都可能產(chǎn)生不同的短鏈脂肪酸。腸道菌群通過(guò)對(duì)甘氨酸、丙氨酸、蘇氨酸、谷氨酸、賴氨酸和天冬氨酸發(fā)酵可產(chǎn)生醋酸；對(duì)丙氨酸發(fā)酵可產(chǎn)生丁酸；對(duì)丙氨酸、蘇氨酸發(fā)酵可產(chǎn)生丙酸[16]。但是，對(duì)于腸道微生物發(fā)酵產(chǎn)生SCFAS的機(jī)制目前尚不清楚。

支鏈脂肪酸（BCFAS），如異丁酸、2-甲酸丁脂、異戊酸等均來(lái)源于支鏈氨基酸，在大腸中濃度較低[17]。研究證明，許多革蘭氏陽(yáng)性菌以纈氨酸、異亮氨酸、亮氨酸來(lái)源的乙酰輔酶A、輔酶A為引物利用特異性支鏈酮酸脫氫酶復(fù)合體合成BCFAS[18]。

3 硫化氫

糞便中的含硫物質(zhì)是一種細(xì)菌代謝產(chǎn)生的復(fù)雜混合物，在機(jī)體結(jié)腸和糞便中含量較低[19]。腸道菌群對(duì)食物來(lái)源或內(nèi)源性含硫氨基酸發(fā)酵可產(chǎn)生硫化氫。由于硫化氫具有親脂性，所以硫化氫可以穿過(guò)細(xì)胞膜，進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)[20]。當(dāng)體內(nèi)硫化氫過(guò)剩時(shí)，將抑制線粒體細(xì)胞色素C酶的活性[21]；當(dāng)濃度較低時(shí)，硫化氫能加強(qiáng)細(xì)胞呼吸和提高ATP的產(chǎn)量[22-23]。此外，過(guò)高濃度的硫化氫會(huì)誘發(fā)潰瘍性結(jié)腸炎，但是當(dāng)其濃度較低時(shí)，則會(huì)降低腸道黏膜炎癥的發(fā)病率。

4 芳香化合物

細(xì)菌對(duì)芳香族氨基酸（苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸）的代謝除了可以產(chǎn)生神經(jīng)性化合物外，還能產(chǎn)生酚類和吲哚類化合物[23]。對(duì)普通小鼠和腸道無(wú)菌小鼠的代謝物比較顯示，腸道微生物在芳香族氨基酸代謝中具有重要的作用[24]。

苯酚是由酪氨酸在酪氨酸裂解酶的作用下轉(zhuǎn)化而來(lái)的，研究發(fā)現(xiàn)游離氨基酸的含量、pH值以及腸道菌群的種類會(huì)影響苯酚的產(chǎn)生[25]。在體外，好氧菌會(huì)將酪氨酸降解為苯酚，而厭氧菌則會(huì)降解為甲酚[26]。有研究表明，苯酚會(huì)損傷結(jié)腸上皮細(xì)胞屏障的完整性，且當(dāng)其濃度高于1.25 mM時(shí)，苯酚會(huì)損傷結(jié)腸上皮細(xì)胞的完整性[27]。

吲哚是色氨酸在色氨酸酶的作用下分解形成的，但是研究表明此合成途徑只在微生物中存在[28]。吲哚經(jīng)腸上皮細(xì)胞吸收轉(zhuǎn)運(yùn)至肝臟中，在肝臟中發(fā)生羥基化形成3-羥基-吲哚，最終磺化為硫酸吲哚酚和尿毒癥毒素，損害宿主健康[29]。但是，吲哚對(duì)宿主腸上皮細(xì)胞也有一定的有益作用，吲哚可以刺激腸上皮細(xì)胞使腸黏膜屏障相關(guān)基因表達(dá)量上升，進(jìn)而起到抗炎作用[30]。

5 氨

氨是所有氨基酸的氮源，用于各種氨基酸的生物合成。與此同時(shí)，腸道微生物也可以降解氨基酸進(jìn)而生成氨。氨在宿主腸道中的濃度較低，而其濃度主要取決于微生物對(duì)氨利用和合成的凈差值。微生物生成氨的主要方式是對(duì)氨基酸的轉(zhuǎn)氨基作用或?qū)δ蛩氐乃庾饔肹31]。氨可以抑制線粒體對(duì)氧消耗，且呈現(xiàn)劑量依賴性模式，由此表明腸腔中高濃度的氨可以抑制腸上皮細(xì)胞的能量代謝[32]，進(jìn)而抑制結(jié)腸中脂肪酸的氧化[33]。

6 結(jié)論與展望

腸道細(xì)菌可對(duì)氨基酸進(jìn)行不同程度和不同途徑的發(fā)酵，生成不同的代謝產(chǎn)物發(fā)揮不同的功能。這些菌群通過(guò)調(diào)控氨基酸的合成和分解，影響宿主的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)供應(yīng)以及代謝健康。由于人們的飲食中蛋白來(lái)源（植物性蛋白和動(dòng)物性蛋白）復(fù)雜，而不同蛋白的特性（氨基酸種類、比例等）也各不盡相同，這些差異導(dǎo)致其代謝產(chǎn)物對(duì)宿主的影響相當(dāng)復(fù)雜。目前，我們對(duì)這方面的研究還停留在較為初步的階段，所以有待進(jìn)一步解析及挖掘其作用機(jī)制，從而最大程度地促進(jìn)動(dòng)物的健康生長(zhǎng)。