腸道微生物與線粒體互作調(diào)控動物脂肪沉積的研究進(jìn)展

摘 要：脂肪含量是影響家畜肉品質(zhì)的主要因素之一。肌肉中的脂肪分布與肉的顏色、適口性、風(fēng)味、嫩度和系水力等關(guān)系密切，肌內(nèi)脂肪被當(dāng)作是評價肉品質(zhì)的關(guān)鍵指標(biāo)。腸道微生物和線粒體作為機(jī)體最龐大的微生態(tài)系統(tǒng)和細(xì)胞的“動力工廠”，在脂質(zhì)代謝和細(xì)胞代謝間起到了重要的橋梁作用。目前，有關(guān)腸道微生物組及線粒體組的研究較為廣泛，但兩者的互作對脂肪沉積的影響尚不明確。本文通過綜述腸道微生物及其代謝物功能與脂肪酸代謝，脂肪沉積與線粒體功能研究，以及腸道微生物及其代謝物與線粒體互作對脂肪沉積的調(diào)控機(jī)制，為通過腸道微生物及線粒體改善動物肉品質(zhì)提供參考和思路。

關(guān)鍵詞：腸道微生物；線粒體；代謝物；脂肪沉積

中圖分類號：S811.6

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：0366-6964（2024）06-2293-11

收稿日期：2023-12-11

基金項目：國家自然科學(xué)基金（32260820）；甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)科技創(chuàng)新基金（GAU-QDFC-2022-06）；甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)科團(tuán)隊項目（GAU-XKTD-2022-21）；甘肅海智計劃示范項目（GSHZSF2023-01）

作者簡介：陳倩玲（2001-），女，甘肅定西人，碩士生，主要從事動物遺傳育種與繁殖研究，E-mail：chenqianling223@163.com

*通信作者：劉 秀，主要從事草食動物生物技術(shù)及遺傳育種研究，E-mail：liuxiu@gsau.edu.cn

Research Progress on the Interaction between Gut Microbiota and

Mitochondria Regulating Animal Fat Deposition

CHENQianling，SHAYuzhu，LIUXiu^*，SHAOPengyang，WANGFanxiong，

CHENXiaowei，YANGWenxin，XIEZhuanhui，GAOMin，HUANGWei

（Gansu Key Laboratory of Herbivorous Biotechnology，College of Animal Science and

Technology，Gansu Agricultural University，Lanzhou730070，China）

Abstract：Fat content is one of the main factors affecting the quality of livestock meat.The distribution of fat in muscles is closely related to the color，palatability，flavor，tenderness and hydration of the meat，and intramuscular fat is regarded as akey indicator for evaluating meat quality.Intestinal microbiota and mitochondria，as the largest microecosystem and cellular\"power factories\"in the body，play important bridging roles between lipid metabolism and cellular metabolism.At present，research on the gut microbiome and mitochondria is relatively extensive，but the impact of their interaction on fat deposition is not yet clear.This article reviews the research on gut microbiota and their metabolite functions and fatty acid metabolism，fat deposition and mitochondrial function，as well as the regulatory mechanisms of gut microbiota and their metabolite interactions with mitochondria on fat deposition，in order to provide references and ideas for improving animal meat quality through gut microbiota and mitochondria.

Key words：gut microbiota; mitochondria; metabolite; fat deposition

*Corresponding author：LIU Xiu，E-mail：liuxiu@gsau.edu.cn

隨著人民生活質(zhì)量的日益提高，人們對肉品質(zhì)的關(guān)注也在不斷發(fā)生變化，鮮嫩爽滑、多汁、口感細(xì)膩、風(fēng)味獨特、營養(yǎng)價值高等特征的肉類廣受消費者青睞。肉類作為家畜的主要產(chǎn)品，其品質(zhì)優(yōu)劣與其本身組織特性和營養(yǎng)組分含量密切相關(guān)。肌內(nèi)脂肪的沉積量影響肉類的物理特性，如與肉的色澤、風(fēng)味、嫩度、保水性等密切相關(guān)，因此被當(dāng)作肉品質(zhì)評價的關(guān)鍵指標(biāo)。而動物脂肪沉積是一個復(fù)雜的生物學(xué)過程，受多種因素的影響，包括遺傳、年齡、營養(yǎng)、環(huán)境和腸道微生物菌群等。近年來，隨著腸道微生物組學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，動物腸道微生物的結(jié)構(gòu)、功能及其與線粒體的互作受到廣泛關(guān)注。越來越多的研究表明，腸道微生物菌群可以通過影響能量代謝、炎癥反應(yīng)和激素分泌等方式來影響脂肪沉積。線粒體作為細(xì)胞內(nèi)能量代謝的主要場所，也參與脂肪沉積的調(diào)控，它通過影響能量代謝和氧化應(yīng)激等過程來調(diào)控脂肪沉積^[1]。當(dāng)線粒體功能受損時，會導(dǎo)致能量代謝失衡和氧化應(yīng)激增加，進(jìn)而促進(jìn)脂肪沉積。此外，腸道微生物作為線粒體的祖先，兩者之間存在相互作用，共同調(diào)控脂肪沉積。如腸道細(xì)菌產(chǎn)生的代謝物可以影響線粒體功能，同時，線粒體產(chǎn)生的活性氧等物質(zhì)也可以影響腸道微生物的組成和功能，進(jìn)一步影響脂肪沉積^[2]。因此，深入研究腸道微生物與線粒體互作對動物脂肪沉積的調(diào)控機(jī)制，可為通過調(diào)控機(jī)體脂肪沉積部位改善動物肉品質(zhì)提供參考和思路。

1 動物腸道微生物及其代謝物功能與脂肪酸代謝

1.1 腸道微生物及其代謝物功能研究

腸道是動物消化食物、吸收營養(yǎng)的主要場所，所包含的微生物數(shù)量、種類最多。腸道微生物群是存在于動物胃腸道中各種微生物的總和，它與宿主相互依存影響，構(gòu)成了一個復(fù)雜多變、以細(xì)菌占主導(dǎo)地位的腸道微生物系統(tǒng)^[3]。腸道微生物以腸道內(nèi)各種營養(yǎng)物質(zhì)為食，并參與完成機(jī)體的各項生命活動。研究表明，腸道微生物主要包括細(xì)菌、古細(xì)菌、真菌和病毒等，其中細(xì)菌占99%以上^[4]。Eckburg等^[5]通過宏基因組研究發(fā)現(xiàn)，腸道微生物在系統(tǒng)發(fā)育地位上屬厚壁菌門（Firmicutes）、擬桿菌門（Bacteroidetes）、變形菌門（Proteobacteria）、放線菌門（Actinobacteria）、疣微菌門（Verrucomicrobia）和梭桿菌門（Fusobacteria）6大菌門，其中擬桿菌門和厚壁菌門為主要優(yōu)勢菌群。據(jù)估計，哺乳動物腸道內(nèi)微生物數(shù)量多達(dá)10¹⁴個，有500～1000種^[6-7]。正常的腸道微生物不僅能代謝機(jī)體從外界攝入的以及機(jī)體自身的蛋白質(zhì)、大分子碳水化合物、脂肪酸等物質(zhì)，同時還能與機(jī)體代謝相互作用產(chǎn)生各種代謝產(chǎn)物，如短鏈脂肪酸（short chain fatty acids，SCFAs）、膽汁酸（bile acid，BA）、膽堿（choline）、苯甲酸（benzoic acid，BEN）、硫化氫（hydrogen sulfide，H₂S）、一氧化氮（nitric oxide，NO）和維生素等。這些代謝產(chǎn)物對腸道乃至整個機(jī)體營養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收和脂質(zhì)代謝發(fā)揮著重要作用。

腸道菌群作為機(jī)體內(nèi)最龐大、最復(fù)雜的微生態(tài)系統(tǒng)，具有多種生物學(xué)功能，其自身及其代謝產(chǎn)物，尤其是乙酸、丙酸、丁酸等SCFAs不僅可以作為能源物質(zhì)被微生物本身所利用，同時也是宿主與脂類代謝的橋梁^[8]。SCFAs作為機(jī)體產(chǎn)生的最重要、最豐富的脂肪酸之一，在腸道中主要由微生物發(fā)酵膳食纖維產(chǎn)生，為脂質(zhì)合成提供底物，在肝中，SCFAs參與膽固醇合成和新脂肪產(chǎn)生^[9]。研究發(fā)現(xiàn)乙酸鹽和丁酸鹽是大鼠結(jié)腸上皮細(xì)胞中主要的脂質(zhì)合成底物，可以將SCFAs轉(zhuǎn)化成乙酰輔酶A^[10]。Kindt等^[11]研究也發(fā)現(xiàn)，可以通過腸道微生物提供高濃度的乙酸鹽為棕櫚酸鹽和硬脂酸鹽合成提供前體，促進(jìn)肝脂肪酸代謝。乙酰輔酶A除參與三羧酸循環(huán)（tricarboxylic acid cycle，TCA cycle）產(chǎn)生能量外，還可通過胞質(zhì)酶系統(tǒng)的作用產(chǎn)生棕櫚酸，棕櫚酸可以轉(zhuǎn)移到線粒體，延長碳鏈，與儲存在脂肪組織中的其他物質(zhì)形成甘油三酯（triglyceride，TG）。同時，SCFAs是一種重要的糖脂物質(zhì)，可以參與機(jī)體糖脂代謝調(diào)節(jié)，使脂肪酸氧化與合成達(dá)到動態(tài)平衡。SCFAs通過活化脂肪酸氧化途徑，抑制脂肪酸從頭合成，減少血漿中游離脂肪酸含量。乙酸鹽和丙酸鹽均可抑制脂肪分解，靜脈注射乙酸鹽和丙酸鹽會使血漿游離脂肪酸和TG濃度顯著降低^[12]。在肝組織的TCA循環(huán)中，SCFAs可作為底物產(chǎn)生能量并參與葡萄糖合成，在脂肪酸和糖脂代謝過程中發(fā)揮重要作用。此外，SCFAs可以抑制體外白色脂肪（white adipose tissue，WAT）細(xì)胞中的脂肪分解，并在小鼠體內(nèi)循環(huán)中減少游離脂肪酸含量^[13]。增加動物攝入膳食纖維含量豐富的食物有助于促進(jìn)腸道菌群利用SCFAs前體物質(zhì)進(jìn)行發(fā)酵，從而提高結(jié)腸內(nèi)容物和糞便中SCFAs含量^[14]。已被證實與正常小鼠相比，飼喂高脂飲食（HFD）導(dǎo)致的小鼠肥胖可通過攝入蘑菇對其進(jìn)行抑制，隨著蘑菇的攝入，單鏈脂肪酸產(chǎn)生菌的數(shù)量有所增加，可能是因為這些細(xì)菌以蘑菇中的膳食纖維為食，從而改變腸道微生物及SCFAs含量。越來越多的證據(jù)表明，含有較高直鏈淀粉含量的日糧可以增加腸道遠(yuǎn)端的消化物質(zhì)量，增加SCFAs濃度和共生微生物菌群，包括雙歧桿菌屬。通過添加少量抗生素改變微生物結(jié)構(gòu)和代謝水平，使碳水化合物發(fā)酵生成SCFAs，由此可以增加動物的脂肪合成^[15]。

膽汁酸也是腸道微生物的代謝產(chǎn)物之一。它是一種脂質(zhì)乳化劑，因此，膽汁酸與宿主腸道脂質(zhì)代謝機(jī)制之間聯(lián)系緊密^[16]。它既是促進(jìn)消化和吸收膳食脂肪的洗滌劑，又是激活不同受體的激素。這些受體的激活可以改變葡萄糖穩(wěn)態(tài)、脂質(zhì)和脂蛋白代謝、能量消耗、腸道運動和細(xì)菌生長等。研究發(fā)現(xiàn)，膽汁酸主要通過法尼醇X受體（farnesoid Xreceptor，F(xiàn)XR）促進(jìn)體內(nèi)脂肪代謝。FXR是核受體超級家族的一員，主要在肝、腎、腸道等中表達(dá)。FXR通過激活過氧化物酶體增殖物激活受體a（peroxisome proliferator-activated receptor，PPARa）表達(dá)，促進(jìn)肝中脂肪酸氧化，提高肝脂肪分解，并抑制肝脂肪合成，另外它能促進(jìn)血液TG的分解利用，加速體內(nèi)脂肪代謝。葛曉可等^[17]研究還發(fā)現(xiàn)，膽汁酸能夠改善動物體內(nèi)脂肪的重新分布，日糧中添加膽汁酸能夠增強脂蛋白脂酶活性，使腹脂率下降、瘦肉率增加、肌肉中總脂肪含量增加等。

1.2 脂肪酸代謝過程

脂肪酸是由碳、氫、氧三種元素組成的一類化合物，是TG、磷脂（phospholipid，PL）和糖脂（glycolipid）的主要成分^[18]。脂肪酸有多種類型，根據(jù)碳鏈長度可分為SCFAs、中鏈脂肪酸（medium chain fatty acids，MCFAs）和長鏈脂肪酸（long chain fatty acids，LCFAs）；根據(jù)分子有無碳碳雙鍵分為飽和脂肪酸（saturated fatty acid，SFA）和不飽和脂肪酸（unsaturated fatty acid，USFA）^[19]。脂質(zhì)降解產(chǎn)生風(fēng)味化合物是肉類風(fēng)味形成的主要途徑。脂質(zhì)在熟制過程中會受熱分解成游離脂肪酸，USFA如油酸、亞油酸、亞麻酸、花生四烯酸等會在高溫中氧化，最終分解成酮、醛、酸等揮發(fā)性羰基化合物，作為肉質(zhì)揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的重要組成部分。油酸通過氧化降解反應(yīng)產(chǎn)生庚醛、辛醛、壬醛、2-癸二烯醛和2-壬烯醛等5種令人心情愉悅的醛類物質(zhì)；而亞油酸、亞麻酸、花生四烯酸等多不飽和脂肪酸（polyunsaturated fatty acid，PUFA）通過氧化降解反應(yīng)，產(chǎn)生令人愉悅及令人不愉悅的物質(zhì)^[20]。因此，風(fēng)味物質(zhì)的產(chǎn)生與單不飽和脂肪酸（monounsaturated fatty acid，MUFA）呈正相關(guān)，與PUFA含量呈負(fù)相關(guān)。

脂肪酸代謝途徑主要包括脂肪酸分解和合成兩個過程。脂肪酸分解是指將體內(nèi)存儲的脂肪酸分解成乙酰輔酶A，從而產(chǎn)生能量。它主要在線粒體中通過β-氧化途徑進(jìn)行。首先，脂肪酸從細(xì)胞質(zhì)中轉(zhuǎn)運進(jìn)入線粒體，然后通過一系列酶的催化作用，脂肪酸分解為乙酰輔酶A，釋放出大量ATP和NADH。乙酰輔酶A隨后進(jìn)入TCA循環(huán)，參與產(chǎn)生更多的ATP。脂肪酸合成主要發(fā)生在肝、脂肪組織和小腸黏膜上皮，合成脂肪酸的直接原料是乙酰輔酶A，反芻動物主要利用乙酸和丁酸，使其分別轉(zhuǎn)變?yōu)橐阴］o酶A和丁酰輔酶A，再用于脂肪酸合成。乙酸在動物腸道內(nèi)的生成方式主要有兩種：一種是由糖酵解過程中產(chǎn)生的丙酮酸通過乙酰輔酶A產(chǎn)生，另一種是由產(chǎn)乙酸菌利用CO₂、CO通過伍德-永達(dá)寧途徑（Wood-Ljungdahl pathway）生成^[21]。而丙酸可由琥珀酸等代謝途徑產(chǎn)生。該途徑以TCA循環(huán)中的琥珀酸為底物，經(jīng)過多個中間產(chǎn)物如琥珀酰輔酶A、甲基丙二酰輔酶A和丙酰輔酶A等最后轉(zhuǎn)化為丙酸，丁酸主要通過碳水化合物進(jìn)入TCA循環(huán)后，由兩分子乙酰輔酶A經(jīng)多步反應(yīng)縮合而成^[22]（圖1）。

腸道微生物可以誘導(dǎo)肝中MUFA的生成和PUFA的延長反應(yīng)，而飲食對動物腸道微生物的組成起關(guān)鍵作用^[23]。與正常飲食的大鼠比較，圍產(chǎn)期母體雌性大鼠攝入富含亞油酸的食物后，其腸道乳酸桿菌科和梭菌科等菌群豐度減少，表明腸道菌群和亞油酸存在一定的關(guān)聯(lián)，亞油酸可能調(diào)節(jié)腸道菌群的組成和豐度，腸道菌群對亞油酸的代謝和吸收也有一定作用。研究表明，腸道菌群可將亞油酸轉(zhuǎn)化為代謝物，減少亞油酸的吸收。腸道中植物乳酸桿菌可代謝膳食亞油酸，產(chǎn)生10-羥基-順式-12-十八碳烯酸（HYA）和10-羥基十八烷酸等一系列活性產(chǎn)物。HYA作為亞油酸主要的腸道代謝產(chǎn)物，能夠調(diào)控過氧化物酶體β氧化活性，進(jìn)而調(diào)節(jié)機(jī)體的脂質(zhì)代謝^[24]。Caesar等^[25]通過研究C57BL/6J小鼠攝入魚油來源的n-3PUFA后發(fā)現(xiàn)，腸道中乳酸菌屬和雙歧桿菌屬豐度比攝入豬油來源的飽和脂肪酸明顯增多，而這兩種菌能促進(jìn)腸道健康。同時，對C57BL/6J小鼠的另一項研究發(fā)現(xiàn)，攝入亞麻籽油/魚油來源的n-3PUFA與低脂高玉米淀粉配方相比，小腸微生物菌群中Bifidobacterium數(shù)量顯著增加。此外還有研究發(fā)現(xiàn)，C57BL/6J小鼠攝入棕櫚油來源的高飽和脂肪酸后小鼠腸道中微生物菌群多樣性減少，厚壁菌門/擬桿菌門比值增加，而厚壁菌門/擬桿菌門比值增加與肥胖相關(guān)^[26]。這些研究均表明，動物腸道微生物與其腸道健康和脂肪沉積存在著緊密的關(guān)系。

2 動物脂肪沉積研究

2.1 脂肪沉積的影響因素

脂肪組織作為能量儲存與內(nèi)分泌器官，其分泌的多種激素及炎性因子在脂肪生成、新陳代謝及慢性炎癥等方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。在畜牧學(xué)中，脂肪沉積是肉品質(zhì)的一個重要影響因子，肌肉中脂肪的分布與肉的顏色和適口性密切相關(guān)，此外，它還影響肉的風(fēng)味、嫩度、多汁性和系水力等指標(biāo)。根據(jù)脂肪沉積位置的不同，可將肌肉中的脂肪分為肌間脂肪（intermuscular fat，IF）和肌內(nèi)脂肪（intramuscular fat，IMF）。其中，IF是指分布在肌肉之間的脂肪，IF分布在聚集而成的肌纖維束上，而IMF是指存在于肌肉內(nèi)部的脂肪，主要是指在肌纖維與肌束之間。IMF中含有更多的TG和PL，PL中含有較豐富的USFA，在食用品質(zhì)上，尤IMF含量高的肉其嫩度會優(yōu)于IMF含量低的肉，且其外觀品質(zhì)和大理石花紋評分較好，因此IMF被當(dāng)作是肉質(zhì)評級的關(guān)鍵性指標(biāo)，與脂肪有關(guān)的胴體性狀也是衡量肉品工業(yè)價值的一個重要指標(biāo)。因此，研究動物脂肪的形成、分布及調(diào)控機(jī)理具有重要意義。如何降低動物整體脂肪沉積的能力，尤其是降低皮下脂肪的同時保證IMF沉積，從而提高肉品質(zhì)是當(dāng)前畜牧養(yǎng)殖領(lǐng)域和科研工作者的研究目標(biāo)^[27]。

2.2 脂肪沉積的機(jī)制

動物機(jī)體組織中脂肪的積累主要表現(xiàn)為細(xì)胞分化所引起的脂肪細(xì)胞數(shù)量的增加和脂肪細(xì)胞體積的增大，由組織間充質(zhì)干細(xì)胞（mesenchymal stem cells，MSCs）的成脂分化產(chǎn)生的大量脂肪細(xì)胞是導(dǎo)致IMF積累的直接因素，而觸發(fā)并調(diào)控這一過程的分子基礎(chǔ)是一系列成脂調(diào)控相關(guān)因子和一些信號通路，他們兩者之間相互作用，能很好地維持機(jī)體的能量穩(wěn)態(tài)并影響脂肪沉積。脂肪調(diào)控因子一般由脂肪組織分泌，包括瘦素（leptin）、脂聯(lián)素（adiponectin）、趨化素（chemerin）、內(nèi)脂素（visfatin）、白細(xì)胞介素-6（interleukin-6，IL-6）和腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）等；調(diào)控脂質(zhì)沉積的信號通路主要有MAPK、AMPK、PPAR和mTOR等^[28-29]。瘦素在動物攝食、神經(jīng)內(nèi)分泌功能、能量代謝等方面發(fā)揮重要作用^[30]。血清瘦素水平與機(jī)體內(nèi)脂肪含量呈正相關(guān)；AMPK是細(xì)胞內(nèi)的能量感受器，參與多種代謝及營養(yǎng)因子的調(diào)節(jié)，在脂肪代謝、前脂肪細(xì)胞分化及脂肪生成等方面具有重要的調(diào)控作用，具有促進(jìn)葡萄糖和脂肪酸的分解代謝，而抑制脂肪前體細(xì)胞增殖及阻止糖原、脂肪酸合成等作用^[31]。研究發(fā)現(xiàn)，瘦素可通過AMPK途徑促進(jìn)TG降解^[32]。在日糧中添加亮氨酸（Leu）代謝產(chǎn)物β-羥基-β-甲基丁酸（β-hydroxy-β-methylbutyric acid，HMB）可以通過AMPK-mTOR通路調(diào)控脂肪細(xì)胞功能^[33-34]。脂聯(lián)素通過與脂聯(lián)素受體[脂聯(lián)素受體1（AdipoR1）、脂聯(lián)素受體2（AdipoR2）]結(jié)合而調(diào)節(jié)能量代謝，并抑制脂質(zhì)沉積，調(diào)節(jié)胰島素抵抗和發(fā)揮抗炎作用。同時，脂聯(lián)素和瘦素的比值也可以用來評估脂肪組織的功能^[35]。作為脂肪細(xì)胞因子的C1q/腫瘤壞死因子相關(guān)蛋白6（C1q and tumor necrosis factor related protein6，CTRP6）不僅對脂肪細(xì)胞的分化具有重要的調(diào)節(jié)作用，而且能通過不同的調(diào)控抑制豬皮下和肌內(nèi)前體脂肪細(xì)胞增殖，CTRP6通過MAPK信號通路調(diào)控豬脂肪細(xì)胞的增殖與分化^[36]。MAPK信號通路參與細(xì)胞增殖和分化等多種生理過程，這一通路可以調(diào)控干細(xì)胞到脂肪細(xì)胞過程中脂肪的生成。在MAPK信號通路轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中使得大白豬皮下和IMF組織減少的相關(guān)基因明顯增多，說明此信號通路對脂肪細(xì)胞的分化有重要調(diào)控作用^[37]。趨化素和TNF-α主要參與脂肪組織的炎癥反應(yīng)，其中趨化素能增強脂肪細(xì)胞的分化能力，提高胰島素抵抗和葡萄糖耐受性^[38]，而TNF-α能誘導(dǎo)脂肪分解，使其產(chǎn)生大量游離脂肪酸，造成胰島素抵抗、高血脂及脂毒性^[39]。脂肪組織中PPARγ活化后，可誘導(dǎo)脂肪細(xì)胞增殖促進(jìn)脂肪肥大，進(jìn)而增加脂肪組織中TG積累^[40]，骨骼肌產(chǎn)生的亮氨酸代謝產(chǎn)物α-酮異酮己酸（α-ketoisoketocaproic acid，KIC）和HMB能夠下調(diào)PPARγ基因表達(dá)，并可促進(jìn)脂肪酸氧化，抑制豬IMF合成^[41]。異亮氨酸可通過調(diào)節(jié)脂肪酸合成酶及PPARg的表達(dá)，引起肌管內(nèi)脂肪蓄積，促進(jìn)IMF沉積，并通過骨骼肌線粒體功能障礙促進(jìn)IMF沉積^[42]（圖2）。

3 線粒體功能研究

線粒體（mitochondrion）是一種存在于大多數(shù)真核細(xì)胞中由兩層膜包被的細(xì)胞器，根據(jù)線粒體膜結(jié)構(gòu)及功能特點，可將其劃分為五個部分，發(fā)揮主要作用的是線粒體嵴與基質(zhì)，嵴與線粒體呼吸鏈及氧化磷酸化（oxidative phosphorylation，OXPHOS）相關(guān)的多種酶結(jié)合，為多種生物化學(xué)反應(yīng)提供了保障^[43]。基質(zhì)中含有TCA循環(huán)、脂肪酸β氧化、氨基酸分解和蛋白質(zhì)合成的相關(guān)酶^[44]。線粒體作為OXPHOS、脂肪酸β氧化、TCA循環(huán)等多個生化反應(yīng)發(fā)生的場所，在細(xì)胞代謝中發(fā)揮核心作用，同時還是能量轉(zhuǎn)運的中心，參與多種底物的分解代謝和氧化供能^[45]（圖3）。

線粒體作為細(xì)胞能量的“供應(yīng)站”。在脂肪代謝中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。解耦聯(lián)蛋白1（uncoupling protein1，UCP1）是一種線粒體內(nèi)膜蛋白，主要存在于棕色脂肪組織（brown adipose tissue，BAT）中，BAT內(nèi)UCP1表達(dá)增加，促進(jìn)線粒體解耦聯(lián)氧化磷酸化，抑制BAT線粒體膜上ATP合成，BAT的激活和脂肪積累能影響UCP1的表達(dá)，UCP1表達(dá)增多可使脂肪酸氧化分解，進(jìn)一步促進(jìn)能量消耗，減少脂肪堆積，減輕內(nèi)臟脂肪量^[46]，研究發(fā)現(xiàn)，與野生型鼠相比，線粒體絲氨酸蛋白酶Omi/HTRA2基因變異鼠的骨骼肌功能顯著下降，肌肉萎縮^[47]。線粒體功能的改變可能影響脂質(zhì)代謝和葡萄糖耐受性，進(jìn)而導(dǎo)致肌肉脂肪堆積和胰島素抵抗。此外，日糧中添加共軛亞油酸可以導(dǎo)致小鼠肌肉部位線粒體生物合成和氧化代謝基因表達(dá)升高，使肌內(nèi)脂肪沉積增多^[48]。因此，線粒體在動物的能量積累以及脂肪沉積過程中扮演著重要的角色。

4 腸道微生物及其代謝物-線粒體互作對脂肪沉積的調(diào)控

腸道微生物被稱為宿主“移動的器官”，能夠促進(jìn)營養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收，維持腸道菌群平衡，促進(jìn)腸道干細(xì)胞增殖。腸上皮細(xì)胞中的線粒體可為細(xì)胞有氧呼吸、TCA循環(huán)和OXPHOS等多種生理活動供能。此外，在腸道上皮細(xì)胞的增殖、分化、凋亡以及細(xì)胞間的通訊等方面發(fā)揮著重要的作用，并可以調(diào)節(jié)腸上皮細(xì)胞的生長和細(xì)胞周期，而線粒體融合和分裂直接影響脂肪細(xì)胞中脂質(zhì)的積累^[49]。鼠李糖乳桿菌CNCMI-4317可上調(diào)腸上皮細(xì)胞中的禁食誘導(dǎo)脂肪因子（Fiaf）表達(dá)，同時提高小鼠血液中Fiaf蛋白水平，這種調(diào)節(jié)方式依賴于PPAR-α途徑，從而改變線粒體的OXPHOS能力^[50-51]。腸道微生物與機(jī)體代謝相互作用產(chǎn)生各種代謝產(chǎn)物，如SCFAs、BA、膽堿、BEN、H₂S和NO等，各種代謝物與線粒體互作從而調(diào)控脂肪沉積。

4.1 SCFAs與線粒體互作影響脂肪沉積

研究表明線粒體蛋白的表達(dá)水平與炎癥性腸病（IBD）患者腸道中SCFAs的相對豐度呈正相關(guān)，而SCFAs可被骨骼肌細(xì)胞吸收作為游離脂肪酸受體2（free fatty acid receptor2，F(xiàn)FAR2）和FFAR3配體而影響肌肉功能，說明線粒體可以通過影響腸道微生物豐度來調(diào)控骨骼肌功能進(jìn)而影響脂肪沉積^[52-53]。

丁酸是結(jié)腸細(xì)胞線粒體唯一的碳源，甚至在葡萄糖存在時也是如此^[54]。丁酸由單羧酸轉(zhuǎn)運蛋白1（monocarboxylate transporters1，MCT1）介導(dǎo)，經(jīng)轉(zhuǎn)運參與結(jié)腸細(xì)胞線粒體代謝過程。氧氣充足時，丁酸可通過脂肪酸β氧化合成乙酰輔酶A，產(chǎn)生ATP和CO₂。合成的乙酰輔酶A參與脂肪的合成及組蛋白乙?；?，而未被代謝的丁酸通過抑制組蛋白去乙?；福╤istone deacetylase，HDAC）活性，使組蛋白乙?；缴?，從而調(diào)節(jié)結(jié)腸細(xì)胞的基因表達(dá)^[55]，丁酸還可通過激活A(yù)MPK通路對結(jié)腸細(xì)胞線粒體進(jìn)行調(diào)控^[56]。丁酸也是線粒體能量代謝的重要媒介，可分別與FFAR2和FFAR3結(jié)合，被稱為G蛋白偶聯(lián)受體43和41（GRP43和GRP41），分別調(diào)節(jié)葡萄糖和脂肪酸代謝^[57]。此外，丁酸能加強BAT組織的脂肪酸氧化，從而改善肥胖和胰島素抵抗。Hong等^[58]發(fā)現(xiàn)丁酸鹽可上調(diào)骨骼肌中UCP2、UCP3和脂肪酸氧化酶的表達(dá)。因此，丁酸鹽既可以通過升高UCP的表達(dá)來提高產(chǎn)熱和脂質(zhì)消耗，又可以通過激活A(yù)DPN來調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝。在調(diào)節(jié)能量消耗和胰島素敏感性方面起著關(guān)鍵作用。表明丁酸可以通過影響肌肉線粒體功能來調(diào)控脂質(zhì)代謝。

4.2 BA與線粒體互作影響脂肪沉積

腸道菌群和膽汁酸之間的作用是相互的。膽汁酸可以通過膽汁酸代謝促進(jìn)細(xì)菌的生長和抑制其他膽汁敏感菌的生長，從而重塑腸道微生物群落。研究發(fā)現(xiàn)，腸道菌群不僅能代謝膽汁酸，還能調(diào)控FXR信號途徑。FXR和G蛋白偶聯(lián)受體5（TGR5）等是與糖脂和碳水化合物代謝相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子，腸道菌群通過調(diào)控這些轉(zhuǎn)錄因子與線粒體互作^[59]。對缺乏FXR的小鼠喂養(yǎng)正常飼料后，易發(fā)生高血糖和高膽固醇血癥，而在Ldlr-/-背景下，給缺乏FXR的小鼠喂養(yǎng)高脂飲食可改善葡萄糖穩(wěn)態(tài)和脂質(zhì)代謝，并對飲食誘導(dǎo)的肥胖和動脈粥樣硬化起一定保護(hù)作用^[60]。FXR是NAD依賴性蛋白脫乙酰酶沉默信息調(diào)節(jié)因子2相關(guān)酶1（silent information regulator1，SIRT1）的靶點^[61]。SCFAs會增強SIRT1受體，BA也可通過直接影響不同類型細(xì)胞的SIRT1及Fiaf表達(dá)來調(diào)控線粒體生物合成、炎癥反應(yīng)及腸屏障功能^[62]。Fiaf是血管生成素樣蛋白家族的一員，通過常規(guī)化在正常小鼠的腸上皮細(xì)胞中被選擇性地抑制。對GF、常規(guī)化和Fiaf敲除小鼠分析表明，F(xiàn)iaf是一種循環(huán)脂蛋白脂肪酶抑制劑，對微生物誘導(dǎo)的脂肪細(xì)胞中TG的沉積至關(guān)重要。3-磷酸甘油（G3P）途徑是TG生物合成的主要途徑，占TG合成的90%以上，其中長鏈?；o酶A酯化為G3P是該途徑的首要步驟，也是限速步驟，由線粒體和微粒體G3P?；D(zhuǎn)移酶（GPAT）催化^[63]。在線粒體外膜中，長鏈酰基輔酶A合成酶1（ACSL1）將LCFAs轉(zhuǎn)化為?；o酶A，ACSL1與CPT1相互發(fā)生物理作用，ACSL1將?；o酶A引導(dǎo)至CPT1，以控制線粒體β氧化底物^[64]。由此說明BA主要通過影響線粒體中與脂肪相關(guān)的酶和受體的表達(dá)來調(diào)控脂肪沉積。

4.3 其他代謝物與線粒體互作影響脂肪沉積

葡萄糖與脂代謝關(guān)系密切，磷酸二羥丙酮（dihydroxyacetone phosphate，DHAP）和丙酮酸等是葡萄糖氧化分解的產(chǎn)物。DHAP是合成三酰甘油酯的重要前體物質(zhì)，丙酮酸作為乙酰輔酶A的前體物質(zhì)，是機(jī)體代謝過程發(fā)揮關(guān)鍵作用的中間代謝產(chǎn)物，研究表明，將4%的玉米淀粉用1∶3的丙酮酸和二羥基丙酮混合物替代后，可使育肥豬的平均背膘厚度降低12%，使IMF含量也降低了6%。同時，葡萄糖經(jīng)磷酸戊糖途徑轉(zhuǎn)化為磷酸核糖時，生成的還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（nicotinamide adenine dinucleotide phosphate，NADPH）是脂肪酸生物合成的重要物質(zhì)之一。乳酸是糖酵解的產(chǎn)物，也是線粒體呼吸的底物，它通過與羥基羧酸受體1（hydroxy-carboxylic acid receptor1，HCAR1）結(jié)合和環(huán)磷腺苷效應(yīng)元件結(jié)合蛋白（cAMP-response element binding protein，CREB）活化來抑制脂肪分解，并且可以通過丙二酰輔酶A和肉堿脂酰轉(zhuǎn)移酶I（carnitine palmitoyl transferase I，CPT-I）抑制肌肉線粒體脂肪酸攝取。因此，葡萄糖和乳酸等代謝物也可以通過與線粒體相互作用而影響脂質(zhì)代謝過程。

5 小結(jié)與展望

腸道菌群產(chǎn)生的代謝物可以與線粒體相互作用，參與脂肪酸代謝各個過程，SCFAs通過影響肌肉線粒體功能調(diào)控脂質(zhì)代謝，BA通過影響線粒體中與脂肪相關(guān)的酶和受體的表達(dá)調(diào)控脂肪沉積。線粒體作為細(xì)胞內(nèi)能量生產(chǎn)中心，在機(jī)體內(nèi)直接影響腸道微生物豐度促進(jìn)骨骼肌功能進(jìn)而影響脂肪沉積。脂肪作為動物肉品質(zhì)的重要影響因素之一，不但參與肉類風(fēng)味形成，還可提高肉制品口感。研究脂肪沉積對提高動物肉品質(zhì)具有重要意義。目前對于動物脂肪沉積的研究主要集中在與其相關(guān)的基因和酶上，而就腸道微生物和線粒體互作對脂肪沉積調(diào)控機(jī)制的研究仍處在探討階段，因此，未來應(yīng)聚焦于腸道微生物代謝物與線粒體之間的互作研究，為通過日糧營養(yǎng)組成靶向腸道菌群與線粒體功能調(diào)控動物脂肪沉積提供基礎(chǔ)和參考。

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（編輯 郭云雁）