肠道内丁酸的生物合成
谢飞 南京农业大学
正丁酸又称酪酸，为脂肪族饱和一元梭酸，分子式C4HSOZ，化学结构式CH3CHZCHZCOOH，相对分子质量88.10，熔点一4.5℃，沸点165.5℃，为无色至浅黄色透明油状液体，具有浓烈的奶油、干酪般的不愉快气息。
兽医研究发现动物肠道内的丁酸主要来自微生物的发酵，可利用的含碳化合物进入肠道后，在肠道微生物的发酵作用下产生大量的短链脂肪酸(SCFA)。盲肠和结肠是生成SCFA的主要肠段。Pryde等总结归纳提出了由糖类物质形成甲酸、乙酸、丙酸以及丁酸的生物代谢途径:可利用碳水化合物(carbohydrates)进入肠道后，在宿主与微生物的共同作用下，经一系列生化反应首先生成磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)，接着转变成丙酮酸(pyruvate)或草酞乙酸 (hydroxymaleieaeid)。丙酮酸是整个反应的关键枢纽;它可以向三个方向发展:其一是转化为乙酞辅酶 A(acetylCOA)，其二是生成乳酸 (lactate)，其三是转变为甲酸(formate);由丙酮酸代谢生成的乙酸辅酶A最终经两条代谢途径产生丁酸:丁酞CoA:乙酸CoA转移酶途径和丁酸激酶途径。前者是在丁酞CoA:乙酞COA转移酶的作用下，乙酞辅酶A与乙酸可逆反应生成丁酸，后者为乙酞辅酶A经一系列酶的作用下最终由丁酸激酶催化合成丁酸。
过去认为，丁酸激酶途径是丁酸生物合成的主要途径，但随后的研究表明，丁酞CoA:乙酞CoA转移酶才是丁酸形成过程中的主要酶。体外培养研究发现，分离自人粪样的74株产丁酸菌中50%需要消耗乙酸产生丁酸，暗示了这些细菌是利用丁酸COA:乙酞CoA转移酶来形成丁酸。Duncan等发现来自人粪样的 Roseburiasnlestsnalis、Faecalsbaclerium尸rausns七51和c叩 rococcussp在体外培养时均可产生大量丁酸，其中R.intestinali:和 FPrau胭i抢ii具有丁酞COA:乙酞COA转移酶的活性，而无丁酸激酶活性，当以葡萄糖为底物进行体外培养时需要添加乙酸才能产生丁酸，说明这两种菌是纯乙酸利用菌;相反，cop阳coccussP自身能够合成乙酸，在其培养液中能同时检测到丁酞CoA:乙酸CoA转移酶和丁酸激酶的活性。LoulS等(2004)利用对丁酸激酶基因的检测，发现来自不同梭菌亚群(ClusterW，Xlva和XVI)的38株代表性产丁酸菌中只有4株具有丁酸激酶活性，而酶活分析表明38株菌都有丁酞CoA:乙酞CoA转移酶活性。这些都说明:丁酸CoA:乙酞CoA转移酶途径可能是肠道中生成丁酸的主要途径。
随着相关研究的深入，一些学者也提出了肠道内乳酸代谢产丁酸途径:如Bourriaud等利用标记乳酸来研究乳酸在肠道内的转化，发现标记的乳酸被肠道中的一些细菌主要地转化为丁酸。正常情况下，肠道内的乳酸由产乳酸菌代谢产生。机体健康时，肠道内容物或粪样中的乳酸含量很低，主要是由于产生的乳酸一方面可以被机体吸收利用，另一方面乳酸也可以被其他的微生物作为底物利用，当然这些微生物就包括代谢乳酸产生丁酸的细菌。这些细菌将乳酸代谢为丁酸(图2)，从而使丁酸发挥更重要的生理作用。从代谢途径分析也可以发现，乳酸生物合成丁酸仅仅是将乳酸作为合成丁酸的底物，在合成丁酸过程中，依旧会遵循丁酸合成的两条途径，而非其他途径。
当前相关方面的研究也主要集中在人体营养学方面，主要利用传统方法分离筛选相关(利用乳酸代谢产丁酸)菌株;鉴于成功分离到的菌株数量稀少，对于该相关菌群的系统研究知之甚少，而且也不是很透彻，未来这方面的基础研究工作还需要更多的关注。
上一篇： 动物寄生虫病的诊断方法
下一篇： "以养为主"成气候 ——广西钦州渔业养殖跨越发展纪实
