产生SCFA的底物与常见消化系统疾病

多糖是产生SCFA的主要底物。多糖分为淀粉、淀粉样多糖和非淀粉多糖（NSP）。淀粉（如直链淀粉）和淀粉样多糖（如糖原）都是葡萄糖通过α1-4和αl-6糖苷键连接的聚合物。这些糖能被唾液酶、胰腺酶和肠黏膜酶分解，因此可被哺乳动物消化。在健康状态下，淀粉和淀粉多糖在小肠中被完全消化，产生葡萄糖。在小肠中未消化或部分消化的多糖如果在结肠能够被厌氧细菌发酵产生气体、热量和SCFA，则称为可发酵的多糖，包括NSP（膳食纤维）和抗性淀粉（RS）。植物细胞壁含有不溶性和可溶性纤维。纤维素和木质素属于不溶性纤维，而果胶和树胶属于可溶性纤维。不溶性纤维可被结肠中的微生物酵解，产生大量的SCFA；而可溶性纤维很少被酵解，但可增加粪便通量并减少结肠传输时间。RS可以分为四种类型：物理包埋淀粉（如粗粮）、天然富含直链淀粉的RS颗粒（如生马铃薯粉）、回生淀粉（如煮熟并冷却的马铃薯）和化学改性淀粉。RS是产生丁酸的主要底物，RS在体外和体内发酵产生的丁酸都比NSP高。

寡糖是单糖通过糖苷键连接的短链糖，例如低聚半乳糖、低聚果糖、甘露寡糖和壳寡糖，也可产生SCFA。另外，缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸等支链氨基酸的分解代谢过程也会产生SCFA，例如异丁酸和异戊酸；微生物酵解过程的中间体（例如乳酸或乙醇）也可通过代谢产生SCFA。

纤维转化成SCFA的过程涉及多种酶，而很多细菌含有这些酶。大部分细菌产生SCFA是通过糖酵解途径（glycolytic pathway），而某些细菌如双歧杆菌可通过磷酸戊糖途径（pentose phosphate pathway）产生SCFA。产生乙酸最主要、最有效的途径是通过氧敏感的Wood-Ljungdahl途径。丙酸通常是通过二氧化碳固定途径产生，而丁酸则是通过常规乙酰辅酶A的缩合作用形成。还有其他产生SCFA的途径，例如在双歧杆菌属中发现的双歧杆菌途径（Bifidobacterium pathway，也叫果糖-6-磷酸盐磷酸酮醇酶途径）能够通过特异的方式利用单糖产生SCFA。因此不同细菌通过各自具有的特定酶产生各种SCFA。实际上，Wood-Ljungdahl途径通常在产生乙酸的细菌（称为产乙酸菌）中发现，其中大多数是厚壁菌门（Firmicutes phylum）。此外，丁酸主要是拟杆菌门（Bacteroidetes phylum）的噬细胞菌属（Cytophaga）和黄杆菌属（Flavobacterium）产生的。产生丁酸量较高的细菌种类包括属于厚壁菌门和拟杆菌门的梭菌（Clostridium leptum）、罗氏菌属（Roseburia species）、普拉梭菌（Faecalibacterium prausnitzii）和粪球菌（Coprococcus）。(www.xing528.com)

SCFA的产生是一个高度复杂的动态过程。例如，丁酸和丙酸可以被硫酸或硝酸还原性产乙酸菌，例如醋杆菌属（Acetobacterium）、醋酸杆菌属（Acetogenium）、真杆菌属（Eubacterium）和梭菌属（Clostridium）细菌分解成乙酸。但是，如果产丁酸的普氏粪杆菌和消耗丁酸的罗氏菌比例较低的时候，乙酸的产生就会减少。SCFA在合成过程中相互影响，例如多形拟杆菌（Bacteroides thetaiotaomicron）和直肠真杆菌（Eubacterium rectal）共存的时候，由多形拟杆菌产生的乙酸可以作为直肠真杆菌产生丁酸的底物。

除了酶，转运蛋白也是SCFA产生的必要条件。例如，在双歧杆菌中存在的ATP结合盒（ABC）转运蛋白，对于摄取和转运乙酸所需的底物（例如果糖）是至关重要的。另一种转运蛋白，PEP易位基团或磷酸转移酶系统（PTS），能够转运碳水化合物，然后代谢产生SCFA。基因分析表明拟杆菌属细菌比厚壁菌门细菌具有更多的多糖降解酶，但ABC转运蛋白和PTS却较少，表明拟杆菌属虽然具有产生SCFA的酶，但不能有效地吸收SCFA所需的底物。但厚壁菌门可以通过ABC转运蛋白利用乙酸来合成丁酸和丙酸。由于拟杆菌合成的乙酸可以被厚壁菌门用于合成丁酸和丙酸，所以两者可能存在动态平衡。因此，微生物群内复杂和微妙的相互作用也可能控制肠腔中SCFA的水平和比例。益生菌或益生元通过改变微生态的平衡也可能调节SCFA的水平。