碳水化合物消化及其对肠道微生物的影响

肠道微生物中的拟杆菌和梭菌分解食物残渣中的碳水化合物，然后与肠道上皮细胞分泌的糖蛋白一同产生乙酸、丙酸、丁酸等短链脂肪酸（SCFAs），降低肠道pH，促进钙、铁和维生素D的吸收。SCFAs还具有维持肠道稳态、提供结肠上皮细胞所需能量、抑制肿瘤、增强肠道屏障功能、抗炎症反应、抗氧化、提高黏膜免疫力等作用。此外，肠道微生物可以分解膳食中的磷脂酰胆碱和肉碱产生三甲胺（trimethylamine，TMA），后者通过门静脉循环进入肝脏，在肝脏黄素依赖的单加氧酶同工酶作用下转化为氧化三甲胺（TMAO）。TMAO可导致血栓形成与动脉粥样硬化，也可作为其他疾病如肥胖、糖尿病和癌症的生物学标志。

宿主与肠道微生物共享食物营养素，食物可通过肠道直接吸收，也可以被微生物代谢而影响宿主健康。如上所述，SCFAs可以发挥多种重要功能。丁酸作为结肠上皮细胞的重要能量来源，影响上皮细胞的增殖分化，并可通过抑制组氨酸去乙酰化酶调节上皮细胞的基因表达；乙酸和丙酸可通过血液吸收到达不同器官，作为脂肪生成和糖脂新生的底物，并能通过与G蛋白偶联受体GPR41和GPR43结合来调节不同基因的表达；SCFAs通过受体作用的靶器官取决于细胞类型，如SCFAs可以通过作用于肠内分泌L细胞来调节激素胰高血糖素类肽1的分泌。另外，SCFAs通过GPR43信号通路来抑制中性粒细胞的炎症反应。SCFAs也能通过调控结肠调节性T细胞在黏膜免疫耐受中发挥作用。(www.xing528.com)

从基因组学角度亦可对微生物与食物消化之间的关系进行研究。英国阿伯里斯特威斯大学研究人员对14头牛的瘤胃球菌基因组进行测序，计算每个基因的功能异构体多样性。结果发现了153个优势细菌Prevotella和Clostridium之间的功能差异基因。Prevotella和Clostridium拥有更多样的降解半纤维素的功能异构体，这解释了瘤胃微球菌间的相互作用关系。此外，新西兰AgResearch草地研究中心研究人员对产生高、低甲烷的绵羊瘤胃细菌元基因组进行比较分析，发现了一类在低甲烷绵羊中的优势细菌Sharpea。在基因和转录水平中的研究发现，低甲烷绵羊组中瘤胃球菌代谢通路，如糖的转运和利用，乳酸、丙酸和丁酸的产生，均被显著激活。乳酸的产生和利用主要由Sharpeaazabuensis和Megasphaea spp.发挥作用。单糖经乳酸生成丁酸会比直接代谢生成乙酸和丁酸少产生24%甲烷。这些研究表明，微生物间关键代谢过程具有显著差异，表明多样性的功能异构体在执行特异性生态功能方面具有重要作用。