微生物代謝產(chǎn)物影響腸道微生態(tài)系統(tǒng)的研究進(jìn)展

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(1.遼寧晟啟昊天生物醫(yī)藥科技有限公司,遼寧沈陽 110000;2.國家中醫(yī)藥管理局亞健康干預(yù)技術(shù)實(shí)驗(yàn)室,湖南長沙 410128;3.華南協(xié)同創(chuàng)新研究院,廣州東莞 523808;4.通標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)服務(wù)有限公司大連分公司,遼寧大連 116000)

人體腸道內(nèi)動(dòng)態(tài)定植了機(jī)體最龐大的微生態(tài)系統(tǒng),腸道微生物菌群與人體健康關(guān)系的研究被2013年的“Science”雜志列入十大科學(xué)進(jìn)展,“人類—微生物代謝軸”與機(jī)體健康的相關(guān)性為人們普遍認(rèn)同。2007年底美國發(fā)起人類微生物組計(jì)劃(HMP),繼而歐盟及中國學(xué)者開展人體腸道宏基因組計(jì)劃(MetaHIT),腸道微生物的相關(guān)研究持續(xù)增長。

近年來,隨著健康意識(shí)的提升,現(xiàn)今人們通常會(huì)服用活體益生菌、益生元等微生態(tài)制劑來調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)平衡[1-2],目前國內(nèi)市場共有31個(gè)國產(chǎn)和進(jìn)口活菌藥品,如培菲康、促菌生、麗珠腸樂、媽咪愛等,共涉及枯草桿菌、雙歧桿菌、酪酸梭菌等16個(gè)菌種。但目前益生菌的安全性及功能性評價(jià)體系有待完善,且受宿主腸道菌群定植抗力等因素影響,口服活菌的生物利用度、效果穩(wěn)定性不容樂觀,并有傳遞耐藥基因的風(fēng)險(xiǎn)[3]。相較而言,非活菌體的菌群代謝產(chǎn)物能夠耐受胃、小腸環(huán)境,直接進(jìn)入大腸被腸道益生菌利用,具有化學(xué)結(jié)構(gòu)明確、劑量參數(shù)安全、吸收性分布性良好、易于儲(chǔ)藏等優(yōu)點(diǎn)[4]。有學(xué)者提出后生素(postbiotic)概念,將代謝產(chǎn)物用于糾正腸道菌群紊亂[5]。本文將對微生物代謝產(chǎn)物及其與機(jī)體的共代謝產(chǎn)物對腸道微生態(tài)平衡的影響進(jìn)行綜述。

1 腸道微生態(tài)概述

人體與外界相通的腔道內(nèi)及體表,分布有大量微生物,形成胃腸道、口腔、泌尿和皮膚等微生態(tài)系統(tǒng),其中腸道內(nèi)約有100 萬億細(xì)菌,占機(jī)體微生物總量78%,是機(jī)體最主要的微生態(tài)系統(tǒng)[6]。腸道微生態(tài)系統(tǒng)由腸道中的微生物及宿主微環(huán)境如組織、細(xì)胞、代謝產(chǎn)物等組成。

廣義的腸道微生物包括細(xì)菌、真菌與病毒,而通常所指的腸道微生物專指細(xì)菌,歸屬于厚壁菌門、擬桿菌門、放線菌門、變形菌門、疣微菌門、梭桿菌門、藍(lán)細(xì)菌門以及螺旋體門、VadinBE97菌門[7]。其中,厚壁菌門和擬桿菌門屬優(yōu)勢菌門,占腸道微生物菌群的98%以上,而變形菌門、放線菌門、梭桿菌門和疣微菌門數(shù)量及種類較為弱勢。腸道微生物菌群根據(jù)其在腸道中的層次可分為腔菌群和膜菌群(或被稱作浮游菌群和生物膜菌群);根據(jù)其生理功能及與宿主的關(guān)系,可分為共生菌、條件致病菌和病原菌;根據(jù)其生長環(huán)境及對氧的耐受程度,可分為專性厭氧菌、兼性厭氧菌和需氧菌。其中共生菌多為專性厭氧菌,占比99%以上[8]。

腸道微生物菌群與宿主在長期的協(xié)同進(jìn)化下相互適用,達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡,作為一個(gè)獨(dú)特的微生物器官參與調(diào)節(jié)宿主的消化吸收、能量代謝、免疫反應(yīng)等[9]。若在外環(huán)境影響下,腸道微生物與宿主之間的平衡被打破,腸道菌群結(jié)構(gòu)由生理性組合轉(zhuǎn)變?yōu)椴±硇越M合,將使腸道抵御病原體的能力下降,進(jìn)而導(dǎo)致自身免疫性疾病、過敏反應(yīng)、肥胖、糖尿病、炎癥性腸疾病(inflammatory bowel disease,IBD)等疾病的發(fā)生[10]。

2 腸道微生物代謝活動(dòng)及代謝產(chǎn)物

腸道菌群可以利用上消化道不被消化吸收的食物殘?jiān)?、消化道?xì)胞分泌物及死亡脫落的上皮細(xì)胞等作為代謝底物,進(jìn)行代謝及生物合成[11]。腸道菌群代謝活動(dòng)能夠影響宿主的整體生理代謝特性,菌群與宿主之間存在活躍的代謝交換及“共代謝”過程[12]。遺傳背景、年齡、飲食結(jié)構(gòu)、底物滯留時(shí)間等能夠影響腸道菌群代謝活動(dòng),通過不同的代謝途徑產(chǎn)生不同的微生物代謝產(chǎn)物[13]。其中,遺傳因素對宿主的飲食偏好、腸道結(jié)構(gòu)功能起決定作用,而飲食結(jié)構(gòu)能夠快速改變腸道菌群結(jié)構(gòu)組成及腸道代謝活動(dòng),從而影響代謝產(chǎn)物的產(chǎn)生。例如地中海飲食模式低脂肪、高膳食纖維,則其模式人群腸道菌群豐度高、SCFAs含量高;典型西方飲食模式高脂肪、高糖低纖維,則其模式人群腸道中擬桿菌門、雙歧桿菌數(shù)量少,厚壁菌門數(shù)量增多,梭桿菌等潛在致病菌數(shù)量增多,SCFAs含量減少[14-15]。

2.1 碳水化合物代謝產(chǎn)物

碳水化合物發(fā)酵是腸道微生物的核心代謝活動(dòng),能夠促使結(jié)腸能量及碳源再利用,發(fā)酵底物主要為低聚果糖、木糖醇、膳食纖維等復(fù)雜難消化的膳食糖類。經(jīng)微生物水解,形成單糖、寡糖、乳酸、乙醇、有機(jī)酸等中間代謝產(chǎn)物,并最終形成代謝終產(chǎn)物短鏈脂肪酸(short chain fatty acid,SCFA)[16]。SCFA是由1～6個(gè)碳原子構(gòu)成的有機(jī)羧酸,包括甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、異丁酸、戊酸、異戊酸、己酸及異己酸等,其中,乙酸、丙酸、丁酸占腸道總SCFAs 95%以上,濃度比例3∶1∶1。健康人體每日可產(chǎn)生約50～100 mmol SCFAs[17]。

2.2 蛋白質(zhì)、肽、氨基酸的代謝產(chǎn)物

結(jié)腸中的糖類發(fā)酵大多發(fā)生在結(jié)腸近端,隨食糜移動(dòng)至結(jié)腸末端時(shí)糖類耗盡,腸道微生物酵解蛋白質(zhì)、氨基酸等底物代謝獲得SCFAs[18];纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸等支鏈氨基酸脫氨基生成異丁酸、異戊酸、2-甲基丁酸等支鏈脂肪酸及氨;苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸等芳香族氨基酸代謝產(chǎn)生酚類、吲哚類化合物;蛋氨酸、胱氨酸等含硫氨基酸在硫酸鹽還原菌作用下生成硫化氫[19];肽和氨基酸在擬桿菌屬、梭菌屬、雙歧桿菌屬、腸桿菌屬、乳酸桿菌屬和鏈球菌屬細(xì)菌的作用下脫羧基生成組胺、酪胺、色胺、尸胺、腐胺、亞精胺、精胺等生物胺類物質(zhì)[20];另外,在蛋白質(zhì)不足的情況下,腸道菌群還可以利用氮源合成5-羥色胺及賴氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸等人體必需氨基酸并補(bǔ)償機(jī)體需求。

2.3 膳食脂肪代謝產(chǎn)物

腸道菌群能夠通過多種途徑參與機(jī)體能量及脂肪代謝。膳食脂肪的來源有動(dòng)物脂肪、植物脂肪、微生物脂肪及結(jié)構(gòu)脂質(zhì),不同的膳食脂肪結(jié)構(gòu)組成會(huì)影響腸道微生物的組成及數(shù)量,產(chǎn)生不同的代謝產(chǎn)物,進(jìn)而影響宿主的代謝及健康。部分膳食脂肪的代謝終產(chǎn)物為SCFAs;卵磷脂、膳食肉堿、磷脂酰膽堿等經(jīng)腸道菌群酶解產(chǎn)生高水平三甲胺,經(jīng)肝腸循環(huán)后氧化生成三甲胺-N-氧化物[21];膽固醇在腸道微生物的氧化作用下生成膽固烯酮,進(jìn)而降解為類固醇及膽固烷醇;在膽汁酸的肝腸循環(huán)中,腸道厭氧微生物能夠通過解偶聯(lián)、脫氫、差向異構(gòu)化、脫羥基反應(yīng)將少量初級(jí)游離型膽汁酸分解代謝為次級(jí)膽汁酸[22],膽汁酸的微生物轉(zhuǎn)化是宿主-菌群互相作用及共代謝的典型代表。

2.4 維生素及微量元素

人體腸道微生物能夠合成維生素C、K、生物素、煙酸、葉酸及B族維生素等多種維生素,補(bǔ)充機(jī)體維生素、維持機(jī)體維生素穩(wěn)定。雙歧桿菌屬及乳酸桿菌屬能夠利用人腸道提供的 6-羥甲基-7,8-蝶呤焦磷酸(DHPPP)和對氨基苯甲酸(PABA)底物合成葉酸[23];枯草芽孢桿菌、大腸桿菌和沙門菌等可以合成維生素B2[24];某些腸道專性厭氧菌如擬桿菌屬、真細(xì)菌屬、丙酸菌屬和蛛網(wǎng)菌屬是合成維生素 K2的主要菌群[25]。另外,腸道微生物代謝產(chǎn)生的有機(jī)酸能夠絡(luò)合鈣、鐵、鎂等微量元素,部分代謝產(chǎn)物對微量元素的代謝路徑具有調(diào)控作用,進(jìn)而影響微量元素的吸收利用率[26]。

2.5 藥物分子轉(zhuǎn)化代謝產(chǎn)物

腸道微生物對藥物分子的轉(zhuǎn)化代謝能夠影響藥物的毒性、有效性、生物利用率。首先,腸道微生物能夠直接參與口服藥物分子的水解及氧化還原,轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的藥理或毒理成分而發(fā)揮作用,研究表明,京尼平苷必須經(jīng)腸內(nèi)菌群分泌的β-葡萄糖苷酶水解成京尼平才能被吸收,從而發(fā)揮促進(jìn)膽汁分泌的藥效[27],雌馬酚作為大豆異黃酮的次級(jí)代謝產(chǎn)物,其生物學(xué)活性較其原型大豆異黃酮普遍提升;其次,腸道菌群可以通過多種方式調(diào)節(jié)宿主的代謝酶和轉(zhuǎn)運(yùn)體的表達(dá),從而導(dǎo)致代謝和轉(zhuǎn)運(yùn)藥物的能力發(fā)生變化,間接影響藥物代謝[28];再次,腸道菌群代謝物如丁酸、膽汁酸可以作為核受體配體,介導(dǎo)藥物代謝[29]。

2.6 其他代謝產(chǎn)物

微生物在生長代謝過程中能夠分泌胞外多糖(EPS),保護(hù)腸道益生菌抵御營養(yǎng)缺乏、脫水、噬菌體、有毒物質(zhì)、滲透壓和拮抗物等不利條件,在其黏附定植、陽離子封存、生物膜形成、細(xì)胞識(shí)別等方面起重要作用。EPS是一種高分子量長鏈多糖聚合物,由醛糖或酮糖通過糖苷鍵連接而成,依據(jù)其與菌體的依附關(guān)系,可分為粘液多糖和莢膜多糖[30]。目前國內(nèi)外產(chǎn)EPS的乳酸菌主要集中在雙歧桿菌屬、乳桿菌屬、球菌屬、鏈球菌屬及明串珠菌屬[31]。

細(xì)菌核糖體能夠合成一類對同種及親緣關(guān)系較近的物種具有抑制活性的活性多肽或前體多肽,稱作細(xì)菌抗菌肽或細(xì)菌素,它具有選擇性毒性,產(chǎn)生菌對細(xì)菌素具有自身免疫性[32]。目前已發(fā)現(xiàn)的細(xì)菌素被歸為四類:羊毛硫胺類細(xì)菌素,通常具有耐熱特性,如nisin;非羊毛硫胺類細(xì)菌素,通常對李斯特菌具有特異抗性,熱穩(wěn)定性良好,如戊糖片球菌素;熱穩(wěn)定性較差的細(xì)菌素,分子量>30 kDa,如乳酸菌細(xì)菌素lactacin B;由磷脂、脂肪酸鏈等特定基團(tuán)與蛋白基團(tuán)共同構(gòu)成的細(xì)菌素,如腸膜明串珠菌產(chǎn)細(xì)菌素leuconocin S[33-35]。

腸道微生物還能夠產(chǎn)生許多免疫原性內(nèi)毒素,如脂多糖,能夠誘發(fā)宿主的炎癥反應(yīng)。脂多糖是革蘭氏陰性菌外膜的主要脂質(zhì)成分,由Lipid A、核心寡糖、O抗原鏈構(gòu)成,具有構(gòu)成細(xì)菌阻滲層、藥物耐受性及作為免疫信號(hào)因子的作用,在細(xì)胞壁裂解后作為內(nèi)毒素釋放出來,在炎癥反應(yīng)中起激活劑作用[36]。

3 微生物代謝產(chǎn)物對腸道微生態(tài)平衡的調(diào)節(jié)作用

腸道菌群能夠通過其自身代謝產(chǎn)物的分泌產(chǎn)生,影響腸道菌群結(jié)構(gòu)及腸道內(nèi)環(huán)境,從而影響腸道的微生態(tài)平衡。

3.1 短鏈脂肪酸(SCFAs)調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)平衡

SCFAs是腸道微生物代謝的主要產(chǎn)物之一,能夠參與多組代謝反應(yīng)維持腸道微生態(tài)平衡及機(jī)體健康,其作用機(jī)制如下:

a.供能,尤其是丁酸能夠直接為腸道上皮細(xì)胞吸收,通過β氧化促進(jìn)細(xì)胞增殖并減少凋亡,維持腸黏膜機(jī)械屏障;b.分子結(jié)構(gòu)具有廣譜抗菌功效,水解降低腸道pH,維護(hù)腸道黏膜化學(xué)屏障,降低腸道氧化還原電位,提供厭氧環(huán)境,利于雙歧桿菌、乳桿菌等益生菌的定植生長并抑制病原菌定植生長;c.游離SCFAs能夠作為信號(hào)分子調(diào)節(jié)宿主的能量攝入和利用,調(diào)控腸道及機(jī)體免疫反應(yīng),參與腸道電阻及電解質(zhì)調(diào)節(jié)進(jìn)而影響腸道通透性;d.SCFAs作為調(diào)控因子,在消化道、代謝系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)疾病的發(fā)生發(fā)展中起重要作用[37-39]。

3.2 乳酸調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)平衡

乳酸是乳酸菌發(fā)酵終產(chǎn)物之一。它作為有機(jī)羧酸能夠解離產(chǎn)生H+,干擾致病菌膜蛋白電位,改變內(nèi)外電勢,破壞細(xì)胞膜穩(wěn)定性并導(dǎo)致細(xì)胞壁損傷,增加細(xì)胞通透性,造成內(nèi)容物滲出;形成的乳酸鹽能夠改變微生態(tài)環(huán)境的水分活度;影響菌群生長環(huán)境,降低致病菌生長繁殖速率,延長細(xì)胞分裂增殖代時(shí),具有明顯的抑菌、殺菌作用,從而影響腸道微生態(tài)平衡[40-41]。

3.3 蛋白類代謝產(chǎn)物調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)平衡

高蛋白飲食會(huì)促進(jìn)腸道有害發(fā)酵產(chǎn)物的生成,威脅腸道健康,但適量的蛋白類底物能夠?yàn)闄C(jī)體反應(yīng)提供氮源等多種元素,維持腸道微生態(tài)平衡及機(jī)體代謝。硫酸對甲酚、硫酸吲哚酚是腸道微生物代謝產(chǎn)生的腸源性尿毒素,能夠使腸道菌群紊亂、腸壁通透性增加,破壞腸道微生態(tài)平衡,甚至影響機(jī)體代謝,造成心臟、腎臟疾病的發(fā)生[42]。高紅肉消耗人群糞便中硫化物、氮亞硝基化合物、甲酚的濃度升高,與潰瘍性結(jié)腸炎的發(fā)生相關(guān),生理濃度的H2S卻有助于維持正常細(xì)胞能量代謝[43]。色氨酸代謝產(chǎn)物吲哚乙酸在結(jié)腸中的過量聚集,能夠?qū)е律掀ぜ?xì)胞損傷引發(fā)結(jié)腸癌,吲哚-3-丙酸卻有助于改變抗生素和富含色氨酸飲食導(dǎo)致的體重增加[44]。另外,苯丙酸、尸胺等能夠與人G蛋白偶聯(lián)受體互作,調(diào)控免疫應(yīng)答,影響腸道健康[45]。

3.4 脂質(zhì)代謝產(chǎn)物調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)平衡

膳食脂肪是機(jī)體主要能量來源,然而腸道脂肪的過度發(fā)酵代謝可刺激促炎信號(hào)級(jí)聯(lián)反應(yīng)、誘導(dǎo)細(xì)胞氧化凋亡進(jìn)而破壞腸道屏障及腸道微生態(tài)平衡。作為機(jī)體與菌群共代謝產(chǎn)物膽汁酸在肝臟-回腸間循環(huán),能夠乳化并促進(jìn)膳食脂質(zhì)的吸收,作為特異信號(hào)分子與膽汁酸受體結(jié)合,參與腸道脂質(zhì)代謝、糖代謝、能量代謝的調(diào)控,膽汁酸代謝系統(tǒng)與腸道微生態(tài)系統(tǒng)的相互作用與消化道疾病、代謝性疾病的發(fā)生密切相關(guān)[46]。氧化三甲胺能夠通過調(diào)節(jié)膽汁酸代謝進(jìn)而調(diào)控腸道脂質(zhì)代謝,并作為滲透劑和蛋白質(zhì)穩(wěn)定劑,維持機(jī)體細(xì)胞穩(wěn)定[47]。

3.5 藥物分子轉(zhuǎn)化代謝產(chǎn)物調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)平衡

腸道菌群對藥物分子的代謝轉(zhuǎn)化是藥物分子發(fā)揮藥理作用的主要影響因素之一。腸道菌群通過產(chǎn)生不同代謝酶,發(fā)生水解、脫羧、還原、雜環(huán)裂解、芳香化、脫烷基等反應(yīng),參與到不同類型的藥物代謝轉(zhuǎn)化中,進(jìn)而影響藥物的活性、有效性及毒性。另外,中藥能夠通過調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)平衡來發(fā)揮藥效作用。中藥以多成分、多途徑、多系統(tǒng)、多靶點(diǎn)參與維持腸道微生態(tài)平衡,進(jìn)而影響機(jī)體健康,如服用四物湯能夠調(diào)整腸道微生物組成、修復(fù)腸粘膜損傷、治療腸道菌群紊亂造成的脾虛氣弱癥狀[48]。

3.6 胞外多糖(EPS)調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)平衡

微生物胞外多糖具有抑菌、營養(yǎng)、抗氧化、抗腫瘤、免疫調(diào)節(jié)等多種生物學(xué)特性,對于腸道微生態(tài)平衡的維持具有重要意義。EPS可以提高菌株對腸道表面的非特異性粘附能力,并通過空間排阻降低致病菌的粘附作用,如雙歧桿菌EPS對腸球菌、腸桿菌的生長具有明顯的抑制作用[49-50]。乳酸菌EPS具有益生元特性,選擇性被益生菌發(fā)酵為腸道菌群提供營養(yǎng),促進(jìn)潛在益生菌的生長與增殖,調(diào)節(jié)腸道菌群多樣性[51]。另外,乳酸菌EPS能夠通過非特異免疫及特異免疫反應(yīng)激活免疫細(xì)胞、淋巴細(xì)胞調(diào)節(jié)腸道免疫[52]。

3.7 細(xì)菌素調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)平衡

細(xì)菌素主要通過抑制病原菌、病毒的生長繁殖來維護(hù)腸道微生態(tài)平衡。一類為膜破壞模式,通過靜電作用于目標(biāo)菌細(xì)胞壁及被膜,增加通透性,使細(xì)胞破裂內(nèi)容物外泄;另一類細(xì)菌素穿過目標(biāo)菌細(xì)胞膜靶向作用于特異性酶或DNA,使酶失活或抑制蛋白質(zhì)、氨基酸的合成,影響核酸的合成及修復(fù)[53]。研究發(fā)現(xiàn),Blautia producta BPSCSK菌株的代謝產(chǎn)物羊毛硫抗生素能夠抑制耐萬古霉素腸球菌(VRE)定植,幫助菌群紊亂患者重建對VRE的抗性[54]。

4 應(yīng)用

微生物代謝產(chǎn)物對人體腸道微生態(tài)平衡乃至個(gè)體健康具有極其深遠(yuǎn)的影響與作用。如今,國內(nèi)外關(guān)于腸道菌群的代謝研究日趨增長,微生物發(fā)酵工程蓬勃發(fā)展,探索微生物代謝產(chǎn)物的應(yīng)用轉(zhuǎn)化恰逢良機(jī)。目前微生物代謝產(chǎn)物的應(yīng)用發(fā)展主要分為三大類:

a. 深入研究微生物代謝產(chǎn)物于機(jī)體內(nèi)的代謝及作用機(jī)制,將腸道微生物作為治療靶點(diǎn),通過改變腸道菌群結(jié)構(gòu)組成及豐度、控制功效性代謝產(chǎn)物的靶向遞送及與其他藥物聯(lián)合應(yīng)用于各類疾病的預(yù)防干預(yù)治療過程中。

研究發(fā)現(xiàn),SCFAs及其鹽可以預(yù)防高脂引起的小鼠肥胖和胰島素抵抗,在糖尿病、肥胖等代謝性疾病的干預(yù)治療中發(fā)揮作用[55]。馮文林等[56]提出通過中醫(yī)藥調(diào)整SCFAs代謝進(jìn)而影響5-羥色胺信號(hào)系統(tǒng)治療腸易激綜合征的治療思路。丁酸鹽能夠抑制腸道炎癥,目前已應(yīng)用于克羅恩病、潰瘍性結(jié)腸炎等消化系統(tǒng)疾病的臨床治療中[57]。作為組蛋白去乙酰化酶丁酸鹽具有抑制受體表達(dá)、預(yù)防癌變的功能,目前已被用于一些惡性腫瘤的臨床治療[58]。某些特異微生物如植物乳桿菌、保加利亞乳桿菌的胞外多糖具有抗腫瘤、抗氧化等應(yīng)用[59]。氧化三甲胺通過調(diào)控機(jī)體脂質(zhì)代謝,導(dǎo)致動(dòng)脈粥樣硬化、血栓形成,與心腦血管疾病、神經(jīng)系統(tǒng)疾病(阿爾茲海默癥)的發(fā)病有極大關(guān)系[60]。諸多研究證實(shí),黃酮、生物堿、蒽醌、單萜、皂苷等中藥化學(xué)成分的腸道菌群代謝產(chǎn)物具備藥效及生物活性,如大豆異黃酮的代謝產(chǎn)物S-雌馬酚、紅豆杉屬內(nèi)生真菌(Taxomycesandreanae)的次生代謝產(chǎn)物紫杉醇[61],結(jié)合腸道微生物代謝反應(yīng)研究中藥的代謝途徑及作用機(jī)制是當(dāng)下中藥開發(fā)利用的新切入點(diǎn)。

b. 將其應(yīng)用于食品工業(yè)及生物工業(yè)發(fā)酵工程,不斷開發(fā)微生物資源新型食品及食品添加劑。

乳酸鏈球菌素(Nisin)是一種新型、高效、安全的天然食品防腐劑,具有良好的熱穩(wěn)定性及酸穩(wěn)定性、水溶性及高效廣譜抑菌活性,廣泛應(yīng)用于食品領(lǐng)域[62],至今已被50多個(gè)國家和地區(qū)批準(zhǔn)使用,我國于1990年將其列入GB2760增補(bǔ)品種,目前已廣泛適用于乳及乳制品、預(yù)制肉制品、飲料等19類食品防腐保藏中。Γ-氨基丁酸是乳酸菌發(fā)酵的次級(jí)代謝產(chǎn)物,是一種小分子非蛋白質(zhì)功能性氨基酸,具有調(diào)節(jié)中樞神經(jīng)系統(tǒng)、緩解低血壓等功效[63],目前已有富集、強(qiáng)化Γ-氨基丁酸的辣木葉、巖茶、米酒、米糠、糙米發(fā)酵飲料產(chǎn)品問世。乳酸于食品工業(yè)可用作防腐劑、酸度調(diào)節(jié)劑,通過細(xì)胞循環(huán)發(fā)酵及同步糖化發(fā)酵提升乳酸生產(chǎn)率是微生物發(fā)酵生產(chǎn)乳酸的最新研究熱點(diǎn)。

c. 某些微生物代謝產(chǎn)物如透明質(zhì)酸、半乳糖醛酸、花青素、兒茶素等因具有良好的生物親和性、親水性、抗氧化性能、抗炎癥性能[64],在化妝品、醫(yī)療美容領(lǐng)域具有極好的研發(fā)前景及應(yīng)用價(jià)值。

5 展望

目前,國內(nèi)外關(guān)于腸道菌群的代謝研究日趨增長,相關(guān)研究涉及宏基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、代謝組學(xué)等方向,匯集各類基礎(chǔ)領(lǐng)域及臨床、應(yīng)用領(lǐng)域,使生物、醫(yī)藥、食品、畜牧、基因組等學(xué)科在此交匯,工程菌、糞菌移植等熱點(diǎn)技術(shù)的應(yīng)用側(cè)面驗(yàn)證了微生物代謝活動(dòng)對腸道、機(jī)體健康的重要影響。隨著高通量測序技術(shù)、分子生物學(xué)技術(shù)、宏基因組測序技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步,針對腸道微生態(tài)系統(tǒng)的量化評估正逐步實(shí)現(xiàn),營養(yǎng)、代謝等研究向精準(zhǔn)化、個(gè)體化方向發(fā)展,甚至有望顛覆傳統(tǒng)醫(yī)療模式,更好的應(yīng)對目前因生活節(jié)奏、運(yùn)動(dòng)習(xí)慣、飲食結(jié)構(gòu)、環(huán)境等因素影響導(dǎo)致的國民健康素質(zhì)堪憂的現(xiàn)狀。

綜上,深入研究腸道微生態(tài)作用機(jī)制,闡明微生物代謝產(chǎn)物對腸道微生態(tài)及機(jī)體健康的影響,不斷開發(fā)安全的新型功能性食品及診療手段,提升國民健康素質(zhì),促進(jìn)健康產(chǎn)業(yè)成為經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型新引擎,是當(dāng)下微生物代謝產(chǎn)物未來研究和發(fā)展的重點(diǎn)。