Quá trình lên men chất xơ bởi hệ vi sinh vật và sản xuất axit béo chuỗi ngắn

Khi chất xơ lên men và carbohydrate kháng tiêu đến ruột già, vi khuẩn đường ruột kỵ khí sẽ phân hủy chúng và sản xuất các axit béo chuỗi ngắn, chủ yếu là acetate, propionate và butyrate, cùng với các loại khí. Quá trình lên men vi sinh vật này là mối liên kết sinh hóa trung tâm giữa carbohydrate không tiêu hóa được và sinh lý vật chủ.

Definition

Quá trình lên men chất xơ bởi hệ vi sinh vật là quá trình dị hóa kỵ khí carbohydrate không tiêu hóa được bởi vi khuẩn đại tràng, tạo ra các axit béo chuỗi ngắn (các axit hữu cơ có từ hai đến sáu carbon, chủ yếu là acetate, propionate và butyrate) cùng với các loại khí như hydro, carbon dioxide và metan.

Scope

Chủ đề này bao gồm cách hệ vi sinh vật đại tràng lên men carbohydrate không tiêu hóa được, các axit béo chuỗi ngắn chính được sản xuất và tỷ lệ mol gần đúng của chúng, số phận trao đổi chất của các axit này trong tế bào biểu mô ruột kết và gan, cũng như hậu quả của việc thiếu chất xơ đối với quần xã vi sinh vật và hàng rào chất nhầy. Đây là một cái nhìn tổng quan về cơ chế trong hóa sinh dinh dưỡng, không phải là hướng dẫn lâm sàng.

Core questions

• Vi khuẩn đại tràng lên men chất xơ như thế nào và tạo ra những axit béo chuỗi ngắn nào?
• Số phận trao đổi chất và vai trò tín hiệu của acetate, propionate và butyrate là gì?
• Điều gì xảy ra với hệ vi sinh vật và hàng rào chất nhầy khi chất xơ lên men khan hiếm?

Key concepts

• Lên men kỵ khí
• Acetate, propionate, butyrate
• Trao đổi chất chéo giữa các vi khuẩn
• Butyrate làm nhiên liệu cho tế bào biểu mô ruột kết
• Thụ thể SCFA (FFAR2/FFAR3)
• Hệ vi sinh vật phân hủy chất nhầy

Mechanisms

Các vi khuẩn kỵ khí saccharolytic thủy phân carbohydrate không tiêu hóa được thành monosaccharide và lên men chúng thông qua các con đường đường phân và các con đường liên quan thành các axit béo chuỗi ngắn, thường theo tỷ lệ acetate-propionate-butyrate khoảng 60:20:20, với sự trao đổi chất chéo giữa các loài liên kết các chất phân hủy chính với các nhà sản xuất butyrate. Butyrate là chất nền năng lượng ưa thích của tế bào biểu mô ruột kết, acetate và propionate được hấp thụ và đến gan và ngoại vi, và các axit béo chuỗi ngắn cũng hoạt động như các phân tử tín hiệu tại các thụ thể axit béo tự do ảnh hưởng đến việc giải phóng hormone đường ruột và quá trình trao đổi chất của vật chủ. Khi chất xơ lên men bị hạn chế, một phần hệ vi sinh vật chuyển sang phân hủy glycoprotein chất nhầy của vật chủ, điều này có thể làm xói mòn hàng rào chất nhầy đại tràng trong các mô hình thực nghiệm.

Clinical relevance

Các axit béo chuỗi ngắn là trọng tâm nghiên cứu về cách chế độ ăn uống và hệ vi sinh vật liên quan đến sức khỏe trao đổi chất và đường ruột, và con đường lên men giải thích tại sao chất xơ lên men có hoạt tính sinh lý. Mục này tóm tắt các cơ chế và phát hiện thực nghiệm để tham khảo và không cung cấp các khuyến nghị ăn kiêng hoặc điều trị cá nhân.

Evidence & guidelines

Phần lớn sự hiểu biết về cơ chế bắt nguồn từ các hệ thống lên men in vitro và mô hình động vật, với bằng chứng ở người từ các nghiên cứu cho ăn có kiểm soát và quan sát; các đánh giá cảnh báo rằng việc chuyển đổi các cơ chế axit béo chuỗi ngắn thành kết quả sức khỏe vẫn là một lĩnh vực đang được nghiên cứu tích cực.

History

Sự hiểu biết rằng ruột kết là một cơ quan lên men sản xuất các axit béo chuỗi ngắn có thể hấp thụ được đã phát triển trong suốt nửa sau thế kỷ XX, định hình lại quan điểm về chất xơ từ một khối lượng trơ thành một chất nền hoạt động cho một hệ sinh thái vi sinh vật quan trọng về mặt trao đổi chất. Các công trình sau này đã liên kết việc thiếu chất xơ với sự suy thoái lớp chất nhầy và tính nhạy cảm với mầm bệnh trong các mô hình có kiểm soát.

Debates

Các axit béo chuỗi ngắn tác động trực tiếp đến kết quả trao đổi chất của vật chủ như thế nào?

Các axit béo chuỗi ngắn truyền tín hiệu thông qua các thụ thể cụ thể và đóng vai trò là chất nền năng lượng, nhưng mức độ mà việc sản xuất chúng giải thích lợi ích trao đổi chất của chất xơ ở người, so với các tác động khác của chế độ ăn giàu chất xơ, vẫn còn đang được tranh luận.

Key figures

• Gijs den Besten
• Emanuel Canfora
• Mahesh Desai
• Eric Martens

Seminal works

• den-besten-2013
• canfora-2015
• desai-2016

Frequently asked questions

Quá trình lên men chất xơ tạo ra những axit béo chuỗi ngắn nào?

Chủ yếu là acetate, propionate và butyrate, thường theo tỷ lệ mol khoảng 60:20:20, cùng với các loại khí như hydro và carbon dioxide.

Tại sao butyrate được coi là đặc biệt quan trọng?

Butyrate là nguồn năng lượng ưa thích cho các tế bào lót ruột kết (tế bào biểu mô ruột kết) và được nghiên cứu về vai trò của nó trong việc duy trì hàng rào đường ruột và điều hòa chức năng tế bào tại chỗ.