微生物群-纤维发酵与短链脂肪酸的产生

当可发酵膳食纤维和抗性碳水化合物到达大肠时，厌氧肠道细菌会将其分解并产生短链脂肪酸，主要是乙酸、丙酸和丁酸，同时还会产生气体。这种微生物发酵是不可消化碳水化合物与宿主生理之间核心的生化联系。

Definition

微生物群-纤维发酵是指结肠细菌对不可消化碳水化合物进行的厌氧分解代谢，产生短链脂肪酸（由2到6个碳组成的有机酸，主要是乙酸、丙酸和丁酸）以及氢气、二氧化碳和甲烷等气体。

Scope

本主题涵盖结肠微生物群如何发酵不可消化碳水化合物，所产生的主要短链脂肪酸及其大致摩尔比例，这些酸在结肠细胞和肝脏中的代谢命运，以及低纤维可用性对微生物群落和黏液屏障的影响。这是一个营养生物化学领域的机制性概述，而非临床指导。

Core questions

• 结肠细菌如何发酵纤维，会产生哪些短链脂肪酸？
• 乙酸、丙酸和丁酸的代谢命运和信号作用是什么？
• 当可发酵纤维稀缺时，微生物群和黏液屏障会发生什么？

Key concepts

• 厌氧发酵
• 乙酸、丙酸、丁酸
• 微生物间的交叉喂养
• 丁酸作为结肠细胞燃料
• 短链脂肪酸受体 (FFAR2/FFAR3)
• 降解黏液的微生物群

Mechanisms

糖分解厌氧菌将不可消化碳水化合物水解为单糖，并通过糖酵解及相关途径将其发酵为短链脂肪酸，通常乙酸、丙酸、丁酸的比例约为60:20:20。初级降解菌与丁酸生产菌之间存在交叉喂养。丁酸是结肠细胞首选的能量底物，乙酸和丙酸被吸收并到达肝脏和外周组织，短链脂肪酸还作为信号分子作用于游离脂肪酸受体，影响肠道激素释放和宿主代谢。当可发酵纤维有限时，部分微生物群会转而降解宿主黏液糖蛋白，这在实验模型中可能侵蚀结肠黏液屏障。

Clinical relevance

短链脂肪酸是研究饮食和微生物组如何与代谢和肠道健康相关联的焦点，发酵途径解释了可发酵纤维为何具有生理活性。本条目总结了机制和实验发现以供参考，不提供个体饮食或治疗建议。

Evidence & guidelines

大部分机制性理解来源于体外发酵系统和动物模型，人类证据则来自对照喂养和观察性研究；评论提醒，将短链脂肪酸机制转化为健康结果仍是一个活跃的研究领域。

History

对结肠是一个发酵器官并产生可吸收短链脂肪酸的理解是在20世纪后期发展起来的，这改变了人们对纤维的看法，从惰性填充物转变为对具有代谢重要性的微生物生态系统而言是活跃的底物。后来的研究在对照模型中将纤维缺乏与黏液层降解和病原体易感性联系起来。

Debates

短链脂肪酸在多大程度上直接驱动宿主代谢结果？

短链脂肪酸通过特定受体发出信号并作为能量底物，但其产生在多大程度上解释了纤维对人类的代谢益处，而非富含纤维饮食的其他效应，仍存在争议。

Key figures

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

Seminal works

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

Frequently asked questions

纤维发酵会产生哪些短链脂肪酸？

主要产生乙酸、丙酸和丁酸，通常摩尔比约为60:20:20，同时还产生氢气和二氧化碳等气体。

为什么丁酸被认为特别重要？

丁酸是结肠内壁细胞（结肠细胞）的首选能量来源，并因其在维持肠道屏障和调节局部细胞功能方面的作用而受到研究。