• 公司新闻
• 行业资讯
• 技术文章
• 公司公告

丁酸在肠道健康中的重要性

丁酸又名酪酸，是一种短链脂肪酸，它是人肠道上皮细胞的主要营养物质，人体内超过95%的丁酸在结肠内产生和吸收，一定水平的丁酸能够使结肠细胞保持稳定，从而可防止或抑制癌变，调节肠道菌群失调和治疗肠易激综合征、抗生素相关性肠炎、急慢性腹泻等疾病。在动物中，丁酸能够提高动物的免疫功能，促进动物生长并能影响肉的品质；在反刍动物中，瘤胃中丁酸的产生也与乳品品质密切相关。丁酸属于脂肪酸，当通过外界食物摄取时，在其到达大肠发挥作用之前就基本被吸收，因此无法在下消化道中发挥益生作用；而丁酸也是大肠中产丁酸细菌的主要代谢物，因此，大肠中产丁酸微生物对机体健康意义重大。

一、丁酸的益生作用

肠道中最丰富的短链脂肪酸包括乙酸、丙酸和丁酸等，除一小部分从饮食、内源性蛋白或黏液和脱落的上皮细胞获得，其他短链脂肪酸主要在人和动物结肠中由肠道微生物发酵膳食纤维而来。它们几乎能提供人所需能量的5%～10%。其中最重要的短链脂肪酸是丁酸，在肠道健康和动物生产等方面发挥着不可忽视的作用。

1、抗炎作用

丁酸是结肠上皮细胞的重要能量来源，若结肠中缺乏丁酸或丁酸不能被氧化，将导致结肠上皮细胞营养缺乏，从而引起结肠炎，因此丁酸可能参与宿主的免疫调节作用，具有抗炎特性。丁酸可以减少促炎细胞因子如干扰素γ、肿瘤坏死因子-α或白细胞介素（interleukin， IL）（IL-6、IL-8）的表达。同时，丁酸也可以诱导 IL-10和转化生长因子-B的表达以及诱导一氧化氮合成酶和金属蛋白酶等的合成。最重要的是丁酸可以通过抑制核因子κB，从而控制编码促炎细胞因子、生长因子、热激蛋白、炎症诱导酶等基因的表达。总之，丁酸一般是基于以上不同机制而发挥抗炎作用。

2、 抗癌作用

目前，已使用模型小鼠证明了丁酸可以预防和抑制结肠癌的发生。有研究推测大量摄入膳食纤维会引起结肠中丁酸浓度增加，从而发挥抗癌作用。但更多研究主要集中于人类结肠癌组织中单羧酸转运蛋白-1（monocarboxylate transporter1，MCT1）和Na＋偶联单羧酸转运蛋白（sodium-coupled monocarboxylate transporter1，SMCT1）的活性与结肠癌发生的关系，发现：MCT1和SMCT1的降解可以减少结肠中丁酸的摄取与代谢进而诱发结肠癌。丁酸具有抗癌作用（包括诱导细胞分化、凋亡以及抑制细胞增殖），但是丁酸不会抑制正常细胞的生长。丁酸对正常细胞和结肠癌细胞生长的不同作用已被描述为“丁酸悖论”，这种现象可以由Warburg效应来解释。在正常结肠细胞中，首选的能量来源是丁酸，丁酸经β-氧化生成乙酰COA，并最后经三羧酸循环释放大量能量。而在癌细胞中的主要能量来源是葡萄糖，并且通过低糖酵解作用为自身供能，这种作用机制不需要氧气和线粒体参与，此时丁酸没有被代谢生成乙酰COA，抑制了组蛋白乙酰转移酶的活性，从而抑制组蛋白乙酰化，因此最终表现为丁酸作为组蛋白去乙酰化酶抑制剂在细胞核中积累，而组蛋白去乙酰化酶活性的降低能够抑制肿瘤细胞生长，所以在结肠癌细胞中丁酸表现出抑制细胞生长的活性。 

3、对肠黏膜的作用

丁酸不但具有抗炎及抑制癌症作用，还可以对充当结肠防御屏障的肠黏膜产生积极的作用，从而增强结肠的防御功能。肠道黏膜上的黏液层是能够抵制肠内抗原的第一道防线，而丁酸可以增强黏液层的主要成分，如黏蛋白和三叶因子的分泌。体外研究表明，当丁酸作为 HT-29细胞的唯一能量来源时，其可调节许多编码黏蛋白（mucoprotein，MUC）基因的表达，包括显著上调 MUC3、MUC5B、MUC5AC以及MUC2的表达；因此，丁酸可在转录水平上影响黏液层的组成和性质，从而增强其保护作用。其次，丁酸也能够诱导活性转谷氨酰胺酶、抗菌肽和热休克蛋白（heat shock proteins，HSPs） 的合成。已有研究证明，转谷氨酰胺酶可以促进肠黏膜的愈合，抗菌肽（IL-37）和防御素可保护肠黏膜免受细菌的感染，HSPs可通过抑制炎症调节剂的生成而预防炎症[53-55]。因此，丁酸能够间接增强结肠黏膜的保护作用。但丁酸对人类结肠防御屏障的作用仍需深入研究。

4、对动物肠道发育、营养物质吸收及生长的作用

基于丁酸的生物学功能，如抑制致病菌、调节免疫和炎症反应以及抗氧化能力等，可以将其应用于畜禽养殖中。在畜禽饲料中可使用丁酸梭菌代替抗生素作为生长促进剂， Ｌｉａｏ等用不同浓度的丁酸梭菌饲喂肉鸡，能显著改善肉鸡生长性能，提高日增重，降低料肉比。仔猪刚出生时消化道是无菌的，在出生后到断奶的过程中，消化道各个部位逐渐被各种细菌所占据，但菌群还未达到应有的平衡，在饲粮中添加益生菌可改善仔猪生长性能和肠道微生物平衡。王保正等研究表明，添加0.2%的丁酸梭菌显著提高了断奶后至转群时试验组的平均增重，且Ｆ/Ｇ降低0.08%，差异显著。李玉鹏等研究利用添加丁酸梭菌的饲粮饲喂断奶仔猪，同样提高了试验组断奶仔猪的生长性能，断奶仔猪的ADG和ADFI均有所提高， 且 Ｆ/Ｇ 降低5.26%。李玉鹏等研究还表明添加丁酸梭菌试验组空肠和回肠中claudin-1和ZO-2的mRNA相对表达水平均显著高于对照组，表明饲粮添加丁酸梭菌可刺激肠道上皮细胞繁殖，提高肠道上皮中紧密连接相关蛋白的表达，有利于机体发挥肠道屏障功能。

二、丁酸梭菌

丁酸梭菌（Clostridium butyricum）最初从健康人体粪便中分离得到，并已实现商业化。它是梭菌属中一种严格厌氧的革兰氏阳性菌，在培养后期可能转变为革兰氏阴性菌。其菌体形态为两端钝圆的杆状或弯曲杆状， 因具有芽孢，菌体中间膨大呈梭状，单个、成对或以短链排列，具有运动性，发酵葡萄糖或淀粉等碳水化合物的主要代谢产物为丁酸，此外还可产生乙酸、丙酸、淀粉酶、糖苷酶、维生素等。一些国家主要将丁酸梭菌用于能源开发，生产丁 酸和氢气，并以甘油为底物生产1,3-丙二醇等。此外，丁酸梭菌具有许多益生作用，如调节肠道微生态、抗炎、抗氧化、增加机体免疫力等；因此，中国、日本及许多欧盟国家利用丁酸梭菌开发药物、食品、 饲料等。廖秀冬研究表明丁酸梭菌CGMCC8187 可显著增加小鼠肝脏和结肠黏膜中抗氧化物酶如谷胱甘肽S-转移酶和超氧化物歧化酶等的活性，并能抑制氧化应激。贾玲玲研究发现，丁酸梭菌GGMCC0313.1能够增加T2D小鼠模型肠道中产丁酸菌的数量，进而促进短链脂肪酸的产生以及胰高血糖素样肽-1的分泌，同时，该菌能够促进胰腺中胰岛素的分泌，最终达到降血糖作用。Takahashi等研究表明日粮中添加丁酸梭菌MIYAIRI588能够显著提高肉鸡和断奶仔猪的生长能力，在坏死性肠炎模型肉鸡中发现，该菌能降低坏死性肠炎的发生率和严重程度。目前，我国已将丁酸梭菌进行商业化应用，未来仍需开发生物性能优良的安全菌株，推动丁酸梭菌在人和动物生产中的应用。

丁酸对机体的肠道健康具有非常重要的作用，在行业替抗的大环境下，作为机体外源补充丁酸的有效途径之一的丁酸梭菌必然会在替抗中发挥积极作用。近年来，市场上也出现了很多丁酸梭菌类产品供大家选择。2019年江苏奥迈生物科技有限公司入股江苏远山生物技术有限公司，共同研发丁酸梭菌在畜牧业的应用，为替抗提供最优的选择。