具有神经活性的短链脂肪酸

短链脂肪酸是肠道厌氧细菌发酵部分可消化和不可消化碳水化合物（即膳食纤维）的产物。短链脂肪酸对哺乳动物的能量代谢具有多种有益作用。反过来饮食中植物性食物也对肠道微生物群代谢和功能的影响。短链脂肪酸被认为是影响食欲调节途径的关键代谢物。最重要的短链脂肪酸是乙酸、丙酸和丁酸，它们可以作为“信号分子”并影响宿主的生理，例如影响结肠的ph值水平、控制肠道转运时间、代谢葡萄糖以及改变食欲和能量平衡。短链脂肪酸在饮食、肠道微生物群和宿主能量代谢相互作用。den Besten等人在文章“短链脂肪酸在饮食、肠道微生物群和宿主能量代谢相互作用中的作用” 综述了短链脂肪酸在宿主能量代谢中的作用，从肠道微生物群的产生到宿主对短链脂肪酸的摄取，并讨论了短链脂肪酸对宿主能量代谢的影响。这些影响的机制包括饮食、肠道微生物群和宿主能量代谢之间复杂的相互作用。

人类祖先的饮食比现在的饮食含有更多不易消化的植物物质。关于肥胖症患病率上升的一个假说是控制食欲的生理机制进化到与植物纤维含量高于当今饮食的饮食相匹配。Frost等人通过比较人类微生物群落和灵长类动物的微生物群落，研究了饮食对肠道微生物群和结肠细胞的影响，灵长类动物的饮食以植物为基础，即食草动物狮尾狒。狒狒是现代灵长类动物，它们的极端饮食是低能量的植物性食物，即草。在体外比较了马铃薯（高淀粉）和草（高木质素和纤维素）日粮对人源性粪便群落和狮尾狒源性粪便群落的影响。研究结果证实，饮食对细菌数量、短链脂肪酸的产生以及抑制食欲的激素的释放有重要影响。马铃薯饲料比草饲料产生更多的短链脂肪酸和激素释放。饮食对激素释放的强烈影响不能仅仅用短链脂肪酸浓度来解释。核磁共振波谱发现，甜菜碱和异亮氨酸等其他代谢物的变化可能在抑制和刺激食欲抑制途径中起关键作用。他们的研究结果表明，比以前认为的更广泛的代谢物可能参与触发人体肠道激素释放。饮食确实在影响肠道细菌和抑制食欲的激素的产生方面起着主要作用，但并不是按照祖先饮食假说所预测的方向。此外，细菌产物与激素释放有关，这与通常认为发挥这一作用的激素释放不同。通过比较现代人的微生物群和自然范围以外的饮食，饮食和食欲途径之间的关系比先前基于单一化合物效应的更具控制性研究所假设的更为复杂。

Stilling等人在“微生物基因，大脑和行为-肠-脑轴的表观遗传调控”一文中指出，到目前为止，有越来越多的证据表明，宿主与微生物之间的相互作用几乎在所有复杂程度上都存在，从细胞与细胞之间的直接交流到广泛的系统信号传递，并涉及各种器官和器官系统，包括中枢神经系统。因此，不同的微生物组成与行为和认知的改变相关的发现对建立微生物群肠-脑轴做出了重大贡献，作为广为接受的肠-脑轴概念的延伸。许多研究都集中在描绘这一轴心在健康和疾病中的作用，从压力相关的障碍，如抑郁、焦虑和肠易激综合征到神经发育障碍，如自闭症。人们也越来越重视表观遗传机制在塑造大脑和行为方面的作用。他们认为肠道微生物产物可以影响宿主脑内染色质的可塑性，进而导致神经元转录的改变，并最终改变宿主的行为。微生物群是基因-环境相互作用的重要媒介。微生物群本身可能被视为一个表观遗传实体。神经表观遗传学和微生物学的领域正在多个层次上融合，需要更多的跨学科研究来揭示这种相互作用的全部范围。

可溶性膳食纤维对体重和血糖控制有促进代谢的作用。最近的证据表明，肠道糖异生有利于葡萄糖和能量的稳态。短链脂肪酸能够穿过脑-血屏障并影响神经回路。De Vadder等人提出微生物产生的代谢物通过肠-脑神经回路促进新陈代谢。短链脂肪酸丙酸和丁酸，通过互补机制激活肠道糖异生。丁酸盐通过cAMP依赖机制激活肠道糖异生基因表达，而丙酸盐本身是肠道糖异生的底物，通过涉及脂肪酸受体FFAR3的肠-脑神经回路激活肠道糖异生基因表达。尽管在肠道微生物群组成方面有类似的改变，但在缺乏肠道糖异生的小鼠中，正常小鼠中由短链脂肪酸或膳食纤维诱导的对体重和葡萄糖控制的代谢益处是不存在的。因此，肠道糖异生的调节对于与短链脂肪酸和可溶性纤维相关的代谢益处是必要的。它们参与调节神经肽的表达，如PYY和无菌relin，并通过高浓度的脑源性神经营养因子与动物模型中的抗抑郁作用相关。

    Byrne等人报告了短链脂肪酸在食欲调节和能量平衡中的作用。越来越多的证据表明，结肠微生物群及其代谢活动在能量平衡中具有重要作用。他们汇集了最新的证据，并提出了一个关于短链脂肪酸对其有益方面的影响的总体模型：食欲调节和能量平衡。结肠微生物群的底物供应对微生物种群及其产生的代谢物，特别是短链脂肪酸具有重要影响。食用可发酵碳水化合物和施用短链脂肪酸都能带来广泛的健康益处，包括改善身体成分、葡萄糖稳态、血脂水平、降低体重和结肠癌风险。已发表的研究倾向于报道可发酵碳水化合物和短链脂肪酸对特定组织和代谢过程的影响，