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[转载]肠道重要菌属——丁酸弧菌属(Butyrivibrio)，产丁酸，抗炎抗氧化
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丁酸弧菌属(Butyrivibrio)是人体的重要菌属，属于厚壁菌门毛螺菌科，毛螺菌科包括了人体很多重要的菌属，与健康紧密相关。该菌最早于1956年被发现，其革兰氏染色呈阴性，但具有非常薄的革兰氏阳性细胞壁结构。
丁酸弧菌属严格厌氧，不产生孢子。目前已知该菌属包含60多种菌株，溶纤维丁酸弧菌(Butyrivibrio fibrisolvens)为其的模式菌种，能够发酵多种糖和纤维。该菌对植物结构(主要是半纤维素)的降解具有特别重要的作用。因此该菌常见于牛和其他反刍动物(如绵羊、山羊、驯鹿)中，可能与经常摄入纤维有关。该菌也存在于人体的胃肠道中，并且研究发现其丰度与纤维摄入量相关。
丁酸弧菌是一种重要的丁酸生产者，其主要通过代谢可溶性多糖以及植物纤维来产生丁酸盐。而丁酸盐具有多种健康益处，会影响维生素的合成，有助于维持肠道上皮，发挥抗炎、抗氧化作用，以及对其他器官的正常功能也存在一定影响。此外，丁酸弧菌通过蛋白质分解(氨是其最主要的氮源)调节体内的氨水平，还能产生细菌素影响其他菌，例如可以抑制多种革兰氏阳性病原菌，以此来调节人体免疫。
由于丁酸弧菌能够产生丁酸盐，目前认为其是一种对人体有益的菌属。并且已经有一些研究发现在病原体感染、2型糖尿病、白塞氏病、婴儿胆汁淤积症、肺动脉高压、银屑病关节炎、肥胖和代谢紊乱、阿尔兹海默病患者中丁酸弧菌(Butyrivibrio)的丰度显著下降。
丁酸弧菌对抗生素比较敏感，因此在使用一些广谱抗生素时可能也会降低其丰度，但是对四环素具体耐药性。由于丁酸弧菌主要代谢纤维和多糖等物质，通过补充富含儿茶素、花青素、原花青素、咖啡酸、绿原酸和芦丁等多酚类物质的水果和蔬菜，或是使用合生元疗法如共同施用枯草芽孢杆菌和L-丙氨酰-L-谷氨酰胺可以提高丁酸弧菌的丰度。
丁酸弧菌的基本属性▼1
细胞形态丁酸弧菌(Butyrivibrio)一般为弯杆状，末端呈锥形或圆形，大小约为0.3～0.8μm×1.0～5.0μm，它们以单链或短链或长链的形式出现，呈螺旋状排列。成对的细胞可能以“S”形排列，有时呈丝状。
不同菌株之间存在相当大的差异。一些菌株的细胞几乎是纺锤形的，而另一些菌株的细胞非常弯曲，可以形成由2到4个细胞组成的螺旋。Butyrivibrio crossotus直径往往比Butyrivbrio fibrisolvens大。
溶纤维丁酸弧菌的电子显微镜照片
Sewell et al.2008.
✦ 革兰氏染色阴性，但细胞壁属革兰氏阳性类型
丁酸弧菌染色为革兰氏阴性，但缺乏与革兰氏阴性菌相关的三层外膜结构。一些菌株具有非典型的，非常薄的革兰氏阳性细胞壁结构。与正常革兰氏阳性菌壁(约30-50nm)相比，薄壁(约12-20nm)可能是菌株染色反应呈革兰氏阴性的原因。
丁酸弧菌菌株的肽聚糖含有乳酸、葡萄糖胺、丙氨酸、谷氨酸和中氨基戊酸。这些成分符合二氨基苯甲酸直接交联结构。此外，一些丁酸弧菌中还含有少量的甘氨酸和天冬氨酸，表明这些氨基酸可能存在反应。
✦ 菌落的特点
许多丁酸弧菌菌株在含复合碳水化合物琼脂培养基上生长时，表面菌落直径为2至4mm，完整，微凸，半透明，颜色为浅褐色至白色。
一些菌株会产生具有丝状边缘的粗糙菌落，可能代表菌株产生很少的细胞外多糖物质。相比之下，CF型菌株产生大量的胞外多糖，菌落呈粘液状，可见菌落中冒出气泡。
在含纤维素的培养基中，消化纤维素的菌株被纤维素降解区包围，降解区大小和消化程度(通常较弱)都是可变的。当使用含有天然木聚糖的培养基时，也会出现类似的观察结果。
▼2
分布情况丁酸弧菌属(Butyrivebrio spp.)是牛和其他反刍动物(如绵羊、山羊、驯鹿)瘤胃中的常见菌，在喂食饲料含量高的动物中数量可观，通常是数量较多的细菌物种之一。它们也存在于这些动物的盲肠和结肠中。
除了反刍动物，丁酸弧菌也存在于各种其他哺乳动物的胃肠道中，并已从兔子、马、人类和猪的粪便或盲肠内容物中分离出来。
还应该注意的是，丁酸弧菌可以在动物以外的环境中生存，并且已经从Napier草食厌氧消化器中分离出菌株。
▼3
运动性通常只有少数细胞表现出运动性。表现出以快速或强烈的振动运动为特征的平移运动。运动是通亚极性鞭毛进行的，鞭毛附着在腋下。
✦ 运动性与生长条件相关
在分离菌株中缺乏运动性通常是由于所采用的培养条件。报道了15株菌株在瘤胃液-葡萄糖-纤维素二糖培养基中生长时不活动，但如果去除纤维素二糖并降低葡萄糖浓度，则所有菌株都可以活动。大多数菌株生长迅速(2小时或更短时间内翻倍)，并产生大量酸。由于产酸造成的低pH值可能会抑制运动，也会抑制生长。
▼4
营养条件和代谢能力丁酸弧菌是一种严格的厌氧菌，存在于各种家畜和人类的胃肠道系统中。最佳生长温度是37°C，在30°C以下或45°C以上时很少生长或不生长。
它们具有发酵代谢的能力，能够代谢多种碳水化合物，能够利用各种半纤维素和木聚糖。大多数菌株可以降解淀粉和果胶，但很少有菌株可以在纤维素上生长。大多数菌株可以发酵各种可溶性糖、双糖或低聚糖，形成丁酸盐、乳酸盐和醋酸盐。
▸ 代谢多种糖类产生丁酸盐、乙酸盐等产物
几乎所有菌株都能发酵15到20种不同的可溶性碳水化合物，包括葡萄糖、麦芽糖、蔗糖、果糖、纤维素二糖、木糖和阿拉伯糖。
许多研究都集中在特定模式菌株的碳水化合物代谢上。在溶纤维丁酸弧菌ATCC 19171和CE 51中，葡萄糖培养的细胞干物质产量和生长速度高于木糖培养。在后一种培养中，更多的碳被转化为代谢物，而较少的碳被转化为细胞物质。
当同时提供葡萄糖和木糖时，溶纤维丁酸弧菌ATCC 19171和86同时使用两种糖，菌株X1和CE 51表现出典型的先使用葡萄糖生长，而菌株X2D62先缓慢使用木糖直到耗尽，然后快速使用葡萄糖。
此外，菌株CE 51也发生了磷酸烯醇丙酮酸依赖性的葡萄糖磷酸化。溶纤维丁酸弧菌菌株49能迅速水解淀粉，产生葡萄糖、麦芽糖、麦芽糖三糖、麦芽糖四糖和麦芽糖戊二糖。
溶纤维丁酸弧菌发酵葡萄糖的最终产物包括甲酸盐、丁酸盐、乙酸盐以及不同数量的乳酸盐和琥珀酸盐。
然而，菌株之间有相当大的差异:菌株D1和A38显示产生少量乳酸，而菌株49和菌株37产生大量乳酸，但这可以被抑制，而乙酸的存在会产生丁酸盐。
▸ 代谢和降解植物纤维
丁酸弧菌可以利用植物细胞壁的各种成分，丁酸弧菌在各种植物降解中的作用已被广泛研究。
溶纤维丁酸弧菌与其他瘤胃细菌共培养能够降解大麦秸秆、高粱秸秆、苜蓿干草和紫菜干草、棉花秸秆、小麦秸秆和苜蓿。
在不同来源果胶利用的比较研究中，溶纤丁酸弧菌对柑橘果胶的利用效果最好，对甜菜果胶的利用效果优于苹果果胶和苜蓿果胶。与生长在l-阿拉伯糖和d-葡萄糖上的培养物相比，生长在果胶上的溶纤维丁酸弧菌787产生了更多的乙酸和更少的丁酸、乳酸、琥珀酸和氢。
但丁酸弧菌的代谢也被其中一些化合物所抑制。例如，溶纤丁酸弧菌菌株49的生长受到酯连接的阿魏酰和对香豆醇基的限制。酚酸-碳水化合物复合物的生长限制因其水解碳水化合物键的能力而异。
▸ 氨为大多数丁酸弧菌的氮源
大多数丁酸弧菌能以氨为唯一氮源;许多菌株也可以使用尿素。一些菌株还可以使用氨基酸混合物或更复杂的氮源(胰酶、酪蛋白水解物、蛋白胨)。然而，当这些化合物以限制生长的浓度提供时，氨比等量的肽或氨基酸氮支持更多的生长。
多肽不是必需的，但在含氨培养基上经常刺激生长。并且不同的丁酸弧菌可能所需的营养物质不同，据报道菌株E14生长需要蛋氨酸，菌株S2生长需要脂肪酸。添加维生素/酪蛋白水解物混合物或酵母提取物可以刺激菌株TC33在含有葡萄糖的澄清瘤胃液中的生长。最快速的生长是通过添加叶酸、吡哆胺.2HCl和酪蛋白酶解产物的组合获得的。
▸ KEGG 通路
氨基酸的生物合成
抗生素的生物合成
次生代谢产物的生物合成
不饱和脂肪酸的生物合成
生物素代谢
丁酸代谢
2-氧代羧酸代谢
丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢
氨基糖和核苷酸糖代谢
氨酰-tRNA生物合成
花生四烯酸代谢
精氨酸和脯氨酸代谢
精氨酸生物合成
抗坏血酸和醛糖酸代谢
C5-支链二元酸代谢
碳代谢
阳离子抗菌肽（CAMP）耐药性
柠檬酸循环（TCA循环）
氰氨基酸代谢
半胱氨酸和蛋氨酸代谢
D-丙氨酸代谢
D-谷氨酰胺和D-谷氨酸代谢
DNA复制
芳香族化合物的降解
脂肪酸生物合成
脂肪酸降解
脂肪酸代谢
叶酸生物合成
果糖和甘露糖代谢
半乳糖代谢
谷胱甘肽代谢
甘油脂代谢
甘油磷脂代谢
甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢
糖酵解/糖异生
乙醛酸和二羧酸代谢
组氨酸代谢
肌醇磷酸代谢
柠檬烯和蒎烯的降解
脂多糖生物合成
赖氨酸生物合成
赖氨酸降解
甲烷代谢
不同环境中的微生物代谢
单环内酰胺生物合成
烟酸和烟酰胺代谢
氮代谢
非核糖体肽结构
新生霉素的生物合成
泛酸和辅酶 A 的生物合成
戊糖和葡萄糖醛酸相互转化
磷酸戊糖途径
肽聚糖生物合成
苯丙氨酸代谢
磷酸转移酶系统（PTS）
聚酮糖单元生物合成
卟啉和叶绿素代谢
丙酸代谢
蛋白质输出
嘌呤代谢
嘧啶代谢
丙酮酸代谢
RNA降解
RNA聚合酶
核黄素代谢
硒化合物代谢
淀粉和蔗糖代谢
链霉素生物合成
硫代谢
硫磺中继系统
牛磺酸和亚牛磺酸代谢
萜类化合物主链的生物合成
硫胺素代谢
色氨酸代谢
酪氨酸代谢
缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸的生物合成
缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸降解
万古霉素耐药性
维生素B6代谢
β-丙氨酸代谢
▼5
丁酸弧菌属的分类丁酸弧菌于1956被首次发现，当时只提出了一个物种，即溶纤维丁酸弧菌(Butyrivibrio fibrisolvens)，这也是丁酸弧菌的模式菌种。
目前主要的丁酸弧菌有三个菌种，溶纤维丁酸弧菌(Butyrivibrio fibrisolvens)、Butyrivibrio crossotus和Butyrivibrio hungatei。
▸ 溶纤维丁酸弧菌为模式菌种
溶纤维丁酸弧菌细胞呈革兰氏阴性，但细胞壁很薄，具有革兰氏阳性的超微结构。葡萄糖培养基中的生长变化从均匀的浑浊到絮状或粒状沉积物。37°C时生长良好，一般在45°C时生长，但在30°C时生长较慢。在22以下或50°C以上时没有生长。
溶纤维丁酸弧菌是正常瘤胃菌群中的一种非致病性成员，并且能够产生丁酸盐，被认为对人体健康有益。
DNA的G+C (摩尔%)是42
模式菌株：ATCC 19171
菌株将葡萄糖或纤维素二糖作为能量来源，氨基酸混合物和铵盐作为氮源，矿物质，B族维生素和半胱氨酸等营养物质也会影响生长。氨基酸混合物通常促进生长，醋酸酯也能刺激生长。
▸ Butyrivibrio crossotus
Butyrivibrio crossotus是从人类粪便或直肠内容物中分离出来的，目前还不知道是否具有致病性。
细胞形态与属描述中呈现的相同，只有少数菌株在厌氧培养的血琼脂板上生长。除非存在可发酵的碳水化合物，否则在蛋白胨酵母提取物肉汤中生长很差。
最佳生长温度是37°C，在30°C时生长缓慢，有些菌株可以在45°C时生长。
DNA G+C (摩尔%):37
模式菌株:ATCC 29175
▸ Butyrivibrio hungatei
Butyrivibrio hungatei，以美国微生物学家罗伯特·e·亨盖特(Robert E. Hungate)命名，他在20世纪60年代分离出了类似的菌株。
细胞形态与属描述相同，由单极或近极鞭毛运动的。可以在39°C无氧环境生长，但在25°C时无法生长，在45°C时生长受限。
色氨酸、尿素和明胶不被利用。不表现出显著的纤维水解或蛋白水解活性，主要利用寡糖和单糖作为生长底物。
可以产生α-半乳糖苷酶、α-阿拉伯糖苷酶、苯丙氨酸芳基酰胺酶和亮氨酸芳基酰胺酶。未检测到淀粉酶、木聚糖酶、β-内切葡聚糖酶、层粘连酶、果胶水解酶、蛋白酶或DNA酶活性。
DNA G+C (摩尔%):44.8
模式菌株:JK 615 (= DSM 14810 = ATCC BAA-456).
▸ 丁酸弧菌的其他菌种
对丁酸弧菌菌株16S rDNA基因的系统发育研究揭示了12种rRNA类型，形成了三个不同谱系。下图给出了这些组的详细视图。
不同丁酸弧菌群的详细组成
DOI: 10.1002/9781118960608.gbm00640.
核糖体RNA1 - 7型形成第一组，其中rRNA 1型(包括溶纤维丁酸弧菌型菌株)是最外围的。16S rDNA序列与2-7型rRNA序列相似性为93-94%，与2-7型rRNA序列相似性为96-98.5%。
除溶纤维丁酸弧菌外，至少报道了13个不同的丁酸弧菌基因型群，下面给出了属于这些组的菌株的概述。
根据遗传信息将菌株划分为不同的丁酸弧菌群
DOI: 10.1002/9781118960608.gbm00640.
目前已知的致病菌种有以下几种：
Butyrivibrio sp AE3009
Butyrivibrio sp XPD2006
Butyrivibrio sp NC2007
▼6
抗生素敏感性▸ 对大部分影响细胞壁合成的抗生素敏感
溶丁酸弧菌菌株对高水平的萘啶酸(一种DNA旋切酶抑制剂，30-500 μg/ml)具有耐药性。它们通常对许多其他抗生素敏感，特别是那些影响细胞壁合成的抗生素，如β-内酰胺类、头孢菌素和杆菌肽。5株瘤胃溶纤丁酸弧菌对离子载体和蛋白质合成抑制剂非常敏感，但对阿霉素不敏感。
它们对碳水化合物代谢抑制剂和解偶联剂相对不敏感，对盐碱霉素、金霉素和杆菌肽的敏感性各不相同。
▸ 对四环素具有耐药性
溶纤维丁酸弧菌中存在两种类型的四环素耐药基因:一种是非传染性的，其序列与肺炎链球菌tet(o)相同;另一种是传染性耐药基因tet(W)。该基因的DNA GC含量高于其他溶纤丁酸弧菌基因，类似的序列也存在于其他瘤胃厌氧菌中，表明最近在瘤胃细菌之间发生了属间转移。
▼7
抗菌活性许多溶纤维丁酸弧菌菌株(从羊、鹿和牛中分离出的菌株超过50%)具有抗菌活性，可能是由于它们产生不同的抑制化合物。
▸ 可以产生一些细菌素
来自牛瘤胃的溶纤维丁酸弧菌菌株JL5产生一种细菌素，这种细菌素可以抑制多种革兰氏阳性菌，如专门氨基酸发酵的粘连梭菌和嗜氨梭菌，并可能在体内调节氨的产生中发挥作用。
此外，菌株AR10的细菌素样活性是由于单个肽与先前报道的细菌素没有同源性。菌株OR79产生类似细菌素的活性，具有广谱活性。氨基酸序列比较表明，这些分子代表一种新型抗生素。
▼8
与其他菌的互作丁酸弧菌通过代谢植物纤维素和其他碳水化合物，产生丁酸等短链脂肪酸，为宿主提供能量。同时，丁酸弧菌还能影响其他菌株的生长，包括促进和抑制作用。以下是丁酸弧菌对其他菌株生长影响作用的总结：
▸ 可以增强以下菌属的生长：
Bacteroidales
Bacteroides
Odoribacter
Peptococcaceae
Bacteroidales
Bacteroides
Odoribacter
Peptococcaceae
Bacteroidales
Bacteroides
Odoribacter
Peptococcaceae
▸ 可以抑制以下菌属的生长：
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Bifidobacterium
Coriobacteriales
Adlercreutzia
Collinsella
Porphyromonas
Prevotella
Clostridium
Clostridiales incertae sedis
Clostridiales Family XIII. Incertae Sedis
Blautia
Coprococcus
Dorea
Lachnospiraceae
Ruminococcaceae
Ruminococcus
Dialister
Campylobacteraceae
Erysipelotrichaceae
Bifidobacterium
Coriobacteriales
Adlercreutzia
Collinsella
Porphyromonas
Prevotella
Clostridium
Clostridiales incertae sedis
Clostridiales Family XIII. Incertae Sedis
Blautia
Coprococcus
Dorea
Lachnospiraceae
Ruminococcaceae
Ruminococcus
Dialister
Campylobacteraceae
Erysipelotrichaceae
Bifidobacterium
Coriobacteriales
Adlercreutzia
Collinsella
Porphyromonas
Prevotella
Clostridium
Clostridiales incertae sedis
Clostridiales Family XIII. Incertae Sedis
Blautia
Coprococcus
Dorea
Lachnospiraceae
Ruminococcaceae
Ruminococcus
Dialister
Campylobacteraceae
Erysipelotrichaceae
▸ 受到以下菌属的抑制作用
Bifidobacterium
Coriobacteriales
Adlercreutzia
Collinsella
Bacteroidales
Bacteroides
Porphyromonadaceae
Odoribacter
Parabacteroides
Porphyromonas
Prevotella
Rikenellaceae
Alistipes
Turicibacter
Streptococcus
Clostridiales
Catabacteriaceae
Clostridium
Clostridiales incertae sedis
Peptoniphilus
Clostridiales Family XIII. Incertae Sedis
Lachnospiraceae
Blautia
Lachnospiraceae
Coprococcus
Dorea
Eubacterium
Lachnobacterium
Lachnospira
Roseburia
Lachnospiraceae
Peptococcaceae
Ruminococcaceae
Ruminiclostridium
Acetivibrio
Eubacterium
Faecalibacterium
Oscillospira
Ruminococcus
Acidaminococcus
Dialister
Phascolarctobacterium
Veillonella
Rubrivivax
Alcaligenaceae
Oxalobacter
Bilophila
Desulfovibrio
Campylobacteraceae
Enterobacteriaceae
Escherichia
Erysipelotrichaceae
Erysipelotrichaceae
Holdemania
Akkermansia
丁酸弧菌重要的生理功能——产生丁酸盐
丁酸弧菌(Butyrivibrio)是一种重要的微生物，广泛分布于人体和反刍动物的胃肠道中，对胃肠道生态系统的健康和功能发挥着至关重要的作用。
在众多生理功能中，产生丁酸盐等短链脂肪酸和共轭亚油酸的能力尤为关键。以下是对丁酸弧菌产生丁酸盐进而对健康影响的总结性描述：
▼1
增强人体免疫✦ 维持肠道厌氧环境，减少病原体的定值
结肠细胞利用丁酸产生能量，从而增加上皮氧消耗。因此，产丁酸细菌的存在有助于维持肠道的厌氧环境，从而进一步防止机会性需氧病原体(如沙门氏菌和大肠杆菌)的定植。
✦ 产生具有广谱抗菌活性的肽
丁酸还调节cathelicidins的产生，cathelicidins 是一种参与哺乳动物先天免疫并对潜在肠道病原体表现出广谱抗菌活性的多聚阳离子肽。
✦ 增强巨噬细胞的抗菌活性
丁酸通过抑制 HDAC 来调节固有层中的结肠巨噬细胞，并限制促炎性IL-12和IL-6的产生，以及脂多糖刺激的巨噬细胞产生的抗菌一氧化氮。
丁酸通过代谢物增强巨噬细胞的 GPCR 独立的抗菌活性，一项研究表明，在微生物丁酸存在下生长的巨噬细胞上调了抗菌蛋白钙卫蛋白的表达，但降低了抗炎 IL-10 的表达。此外，微生物丁酸可显著增强巨噬细胞消除潜在病原体(如肠道沙门氏菌和柠檬酸杆菌)的能力。
因此，丁酸可增强肠道对侵入性病原体的防御能力，而不会引起组织损伤性炎症或过度反应。
产丁酸的微生物群在肠道中的动态作用
Singh V,et al.Front Microbiol.2023
▼2
影响维生素的合成和吸收体外和体内研究表明，丁酸生产者参与维生素生物合成，特别是维生素B复合物的生物合成。维生素B复合物是各种代谢活动中必需的辅助因子，也与调节宿主的免疫稳态有关。
健康的肠道屏障对于维生素的吸收至关重要，许多脂溶性维生素(如维生素A、D、E和K)需要通过肠道吸收才能进入血液循环。丁酸盐通过促进肠道健康，间接地支持了维生素的吸收过程。
▼3
维持肠道上皮屏障肠上皮是一种单层结构，外覆黏液层，是抵御肠道病原体的第一道防线。肠上皮细胞通过紧密连接相互连接。肠上皮含有分泌黏液的杯状细胞，这些细胞通过分泌黏液提供屏障保护，黏液还充当免疫球蛋白IgA和抗菌肽的储存器。
✦ 增强粘液的形成
丁酸弧菌是人体肠道中的重要丁酸生产者，它通过增加杯状细胞分化与粘蛋白糖基化相关的基因表达来增强粘液形成。
临床研究表明，霍乱患者口服抗性淀粉(一种丁酸前体)后迅速康复。此外，肠道细菌产生的丁酸会加速肠道上皮细胞中线粒体依赖的氧消耗，从而稳定 缺氧诱导因子(HIF)。丁酸本身也会抑制降解 HIF 的 HIF-脯氨酰羟化酶。稳定化的HIF调节紧密连接蛋白claudin-1、MUC2表达和抗菌肽β防御素-1的生成。
✦ 调节肌动蛋白结合蛋白
丁酸还通过诱导抗炎细胞因子 IL-10RA 依赖性抑制 claudin-2 蛋白来加强肠上皮细胞屏障，而 claudin-2 蛋白在紧密连接处形成旁细胞通道并增加肠道通透性。
最近的一项研究还证明了丁酸在调节肌动蛋白结合蛋白突触蛋白(SYNPO)中的作用，该蛋白在肠上皮紧密连接中表达，对肠屏障完整性至关重要。
✦ 促进肠道蠕动，缓解便秘
另外，肠道中的丁酸一方面可以促进胃肠肌肉的收缩能力，增强胃肠的蠕动；另一方面还可以促进神经递质的传递，以此来促进胃肠蠕动，缓解便秘问题。
▼4
抗炎作用✦ 肠道炎症患者中的丁酸弧菌减少
在小鼠中开展的结肠炎研究证实，产生丁酸的丁酸弧菌群减少，肠道中丁酸水平降低，这导致了需氧肠杆菌科细菌的扩张，这是肠道菌群失调的常见标志。
研究表明，溃疡性结肠炎患者肠道中产丁酸的丁酸弧菌数量减少。另一方面，据报道， 丁酸弧菌的培养上清液对小鼠模型中的IBD(克罗恩病) 和结肠炎有效。
✦ 增强IL-10抗炎细胞因子，减少促炎细胞因子
微生物丁酸作为配体参与抗炎反应，通过芳烃受体(AhR)和各种G蛋白偶联受体(如GPR109a、GPR43 和 GPR41)来减轻炎症并维持肠道稳态。
AhR和GPR是转录因子，激活后可控制各种免疫调节剂的转录机制。AhR通过增强抗炎IL-10分泌B细胞和Th2细胞，同时减少促炎Th1和Th17细胞，发挥抗炎作用。
丁酸激活的GPR109a促进Treg细胞分化，增强产生抗炎IL-10的Th2细胞和血浆IL-10水平，进而抑制促炎性IL-17。GPR43降低CD4 T 细胞增殖并限制促炎性细胞因子(如IL-17和IL-22)的分泌。
▼5
抗氧化作用✦ 提高谷胱甘肽的水平
生物体处于应激状态时，体内积累大量未能被消除的活性氧，破坏氧化还原平衡，导致DNA、脂质和蛋白质受到破坏，机体物理屏障受损。丁酸能够提高细胞内谷胱甘肽(一种内源性抗氧化剂清除剂)的水平。
一项首次利用人体研究丁酸盐对于氧化作用影响的实验开展，结果表明丁酸盐处理结肠后，促进了肠粘膜中还原性谷胱甘肽表达通路的进行，还原性谷胱甘肽的含量显著提高。
✦ 影响酶促抗氧化系统
丁酸还可以通过影响酶促抗氧化系统达到抗氧化作用。在日粮中添加适量丁酸钠，其血浆中超氧化物歧化酶和过氧化氢酶的含量显著高于对照组，并且增强了机体免疫能力。然而丁酸对于机体的抗氧化作用从根本上说是源自对基因和蛋白的调控。
Nrf-2是抗氧化反应基因的重要调节因子，肠道内的丁酸通过静脉门转移到肝脏，在肝脏中激活Nrf-2并通过AMPK激活或抑制HDAC诱导Nrf-2在细胞中的表达；另外，丁酸还可以抑制Keap1蛋白(Nrf-2的一种胞质抑制因子)的表达，以此维持氧化还原平衡。
▼6
与其他器官的相关性丁酸生产者丁酸弧菌与各种肠器官轴相关，例如肠脑、肠肺、肠肝、肠道、肾脏和肠心脏轴。在这种复杂的关系中，丁酸弧菌充当微生物调节剂，并通过其代谢物丁酸盐发挥作用。
✦ 与精神状态如抑郁相关
如前所述，丁酸充当AhR的配体，使丁酸生产者成为肠脑轴中的相关群落。研究已经确定了产生丁酸的丁酸弧菌的抗抑郁作用以及它们在抑郁症个体中的减少。
✦ 丁酸盐的减少与肺部疾病风险增加相关
研究还证实了肠肺轴，因为研究发现肠道菌群失调与哮喘和肺部疾病的发生密切相关。据报道，婴儿肠道微生物多样性降低会增加哮喘和传染性呼吸道疾病的风险。特别是，肠道中产丁酸菌丰度的减少与过敏症和哮喘风险的增加密切相关。
此外，在流感等病毒感染期间，丁酸盐通过GPCR41受体增强肺中的Ly6C-单核细胞，这些单核细胞分化为替代激活的巨噬细胞(AAM)，通过限制中性粒细胞进入呼吸道，减轻肺部的免疫病理反应。
✦ 产丁酸菌株可抑制肝脏炎症和氧化应激
肠道微生物群也参与肠肝轴，因为肝脏大约70%的血液供应来自肠道，甚至在慢性肝病期间门静脉和肝循环中存在较高的微生物脂多糖(LPS)水平。丁酸可维持肠道屏障的完整性，并抑制LPS的流入。在小鼠研究中，发现以三丁酸甘油酯形式的丁酸补充剂可有效缓解酒精引起的肝损伤。
酒精引起的菌群失调会显著减少厚壁菌门和毛螺菌科的成员，其中产丁酸的属（如Butyrivibrio）的数量较少。一项基于大量人类群体的研究(n =1148)也发现，产丁酸的丁酸弧菌菌株可抑制非酒精性脂肪肝病(NAFLD)中的氧化应激和肝脏炎症指标。
✦ 减少心血管疾病风险，降低血压
蛋白质发酵的代谢物，如胆碱、磷脂酰胆碱和肉碱，被肠道微生物代谢为三甲胺，三甲胺在肝脏中通过含黄素的单加氧酶(FMO)进一步转化为氧化三甲胺(TMAO)。已知 TMAO 会导致慢性肾病(CKD)并诱发心血管疾病，如动脉粥样硬化和冠心病。
而丁酸可以通过刺激含 apoA-IV 的脂蛋白的分泌，通过逆向胆固醇转运降低循环胆固醇。此外，丁酸还能增强肠道分泌胰高血糖素样肽-1(GLP-1)，从而降低血压。
丁酸弧菌在不同疾病中的丰度变化近年来的研究表明，肠道微生物群的平衡与疾病或健康状况密切相关，丁酸弧菌在不同疾病中的丰度会发生变化。
我们通过查阅和整理相关研究，将丁酸弧菌(Butyrivibrio)在不同疾病中的丰度变化总结在下面。
感染患者中的丰度较低
丁酸盐产生菌水平较低与人群严重感染风险增加存在关联。因感染住院的参与者中，Veillonella和链球菌的相对丰度更高，而丁弧菌相(Butyrivibrio)对丰度较低。未因传染病住院的受试者具有较高水平的专性厌氧菌，如Butyrivibrio。
2型糖尿病患者中的丰度较低
几种细菌(如Butyrivibrio和Faecalibacterium)和参与纤维降解的酶(如木聚糖酶EC3.2.1.156)与纤维摄入呈正相关，与流行的2型糖尿病(T2D)呈负相关。
通过对一项11394名参与者的队列研究发现，膳食纤维摄入量与丁酸弧菌(Butyrivibrio)和普拉梭菌(Faecalibacterium)等肠道细菌，以及吲哚丙酸和3-苯基丙酸等代谢产物相关，这些细菌及代谢产物又与较低的2型糖尿病风险关联。
在白塞氏病患者中丁酸弧菌减少
在患有白塞氏病(BD)的患者中，放线菌门、乳杆菌科和双歧杆菌属的肠道微生物群相对丰度增加。而超巨型巨单胞菌、丁酸弧菌、婴儿链球菌和Filifactor属的相对丰度显著减少。
Eggerthella lenta、Acidaminococcus物种、Lactobacillus mucosae、Bifidobacterium bifidum、Lactobacillus iners、Streptococcus物种和Lactobacillus salivarius的相对丰度在白塞氏病患者中显著增加。而与BD患者相比，正常个体中Megamonas hypermegale、Butyrivibrio、Streptococcus infantis和Filifactor物种的相对丰度显著增加。
在PICRUSt的功能注释分析中，研究发现白塞氏病患者中普遍存在戊糖磷酸途径和肌苷单磷酸生物合成的基因功能。数据表明白塞氏病患者中的肠道微生物改变了核酸和脂肪酸的合成。
婴儿胆汁淤积症中丰度降低
本研究结果显示，在属的水平上，婴儿胆汁淤积症(IC)组婴幼儿的瘤胃球菌属、丁酸弧菌属、产粪真杆菌属、粪杆菌属、毛螺菌科的丰度均显著降低。先前的研究表明，瘤胃球菌和丁酸弧菌参与胆汁酸羟基的氧化和熊去氧胆酸的生成，而产粪真杆菌属中含有胆盐水解酶(BSH)，影响胆汁酸的代谢。
差异菌属与代谢物的相关性分析进一步显示，瘤胃球菌和丁酸弧菌与α-亚麻酸呈负相关，且研究发现IC患者的差异代谢物中α-亚麻酸代谢产物和亚油酸代谢产物含量丰富。亚麻酸的代谢产物二十碳五烯酸(EPA)和二十二碳六烯酸(DHA)通过提高ALT和AST活性，减轻肝细胞炎症反应和肝脏脂肪沉积，从而减轻儿童非酒精性脂肪性肝病的症状。
但婴儿胆汁淤积症(IC)患者肝细胞功能受损，影响亚麻酸在肝脏的代谢和DHA的合成，导致代谢产物蓄积，可能加重肝细胞异常炎症反应。
婴儿胆汁淤积症患者应早期加强肠内营养和氨基酸摄入
因此，婴儿胆汁淤积症(IC)患者应早期加强肠内营养和氨基酸摄入，减少长链脂肪酸摄入，增加短链和中链脂肪酸摄入比例，改善肝功能和营养状况，减轻肝脏负担，促进营养吸收和肠道菌群稳态的逆向调控。
肺动脉高压患者中减少
肺动脉高压(PAH)是一种以肺血管压力和阻力升高为特征的疾病，是由肺小动脉的增殖、外源性和纤维化重塑引起的。
在PAH患者肠道菌群中，产生三甲胺(TMA)/氧化三甲胺(TMAO)的细菌增加，但产生丁酸盐和丙酸盐的细菌减少，具体包括粪球菌(Coprococcus)、丁酸弧菌(Butyrivibrio) 、真杆菌(Eubacterium)、阿克曼氏菌(Akkermansia)、拟杆菌(Bacteroides)和毛螺菌(Lachnospiraceae)。
代谢紊乱和肥胖人群中减少
研究发现肥胖与宿主肠道菌群组成存在关联。肥胖患者肠道中微生物多样性降低、厚壁菌门与拟杆菌门比值(Firmicutes:Bacteroidetes)增加。
而较低的丁酸弧菌丰度与代谢紊乱和肥胖有关。这暗示了丁酸弧菌可能在体重管理和代谢健康中发挥作用。较高水平的丁酸弧菌可能有助于防止体重增加。
银屑病关节炎患者中减少
纽约大学的研究人员发现，银屑病关节炎患者的特定细菌类型水平较低，包括阿克曼氏菌、瘤胃球菌和丁酸弧菌。
阿尔兹海默症患者中减少
阿尔茨海默病除了其他清醒症的思维之外，海默组中丁酸合成细菌的种类（例如丁酸弧菌属Butyrivibrio和真细菌属 Eubacteria）有所减少。
有助于增加丁酸弧菌的措施✦ 补充多酚、儿茶素、花青素等益生元
补充益生元对丁酸弧菌丁酸生产者有积极影响，因为它们将益生元代谢为丁酸。不可消化的膳食纤维通常用作益生元，但其他生物活性分子，如多酚，也可以作为益生元产生丁酸。多酚干预显著增加了丁酸生产者如丁酸弧菌和瘤胃球菌科成员的丰度。
在其他多酚中，儿茶素、花青素和原花青素作为益生元的影响更为明显，因为它们增加了丁酸弧菌和粪杆菌属的丰度。
据报道，咖啡酸、绿原酸和芦丁等其他酚类化合物也能增加微生物丁酸的产生。此外，不同益生元的微生物可及性在丁酸生产者之间也存在差异；因此，施用不同的益生元可以选择性地丰富特定的丁酸生产者。
以下食物中含有较多的多酚等物质：
水果：颜色较深的水果当中多酚含量比较高，如樱桃、李子、蓝莓、草莓、李子等，平时可以多吃这些水果补充多酚类物质；
蔬菜：蔬菜中含有一定的多酚，比较常见的有卷心菜、香菜、胡萝卜、洋葱、菠菜等，紫甘蓝中的多酚含量偏高，适当吃能为机体补充多酚类物质，还能身体提供维生素等多种营养，维持身体健康；
全谷类：比较常见的粗粮食物，包括小麦、黑麦、燕麦等，里面都有多酚的成分，平时适当吃对身体健康有帮助，能快速补充多酚；
豆类：比如黄豆、豌豆等，里面含有天然的类黄酮成分以及多酚，都是对人体有益的营养物质；
其他食物：包括坚果类，如核桃、山核桃、栗子、亚麻籽等，里面的多酚化合物属于天然植物代谢物，进入人体之后能发挥一定的作用。黑巧克力中也含有多酚类物质，主要是可可豆中的天然多酚含量比较高。
✦ 补充合生元也能促进丁酸弧菌的丰度
除益生元外，还可以使用合生元疗法来促进肠道产生丁酸。合生元含有益生元和益生菌的组合，它们的协同作用比单独使用益生元和益生菌更为突出。
用枯草芽孢杆菌DSM 32315 和L-丙氨酰-L-谷氨酰胺进行合生元治疗可以增加主要丁酸生产菌，如普拉梭菌(F.prausnitzii)和丁酸弧菌(Butyrivibrio)，从而增加丁酸水平。
另一项研究报道了在富含纤维的酸奶中使用合生元后，产生丁酸的丁酸弧菌丰度增加。
结语丁酸弧菌属(Butyrivibrio)是一类在人体肠道微生物群中占有重要地位的细菌，它们属于革兰氏阴性厌氧菌，能够产生丁酸，作为肠道细胞的主要能量来源，促进肠道屏障的完整性，调节免疫反应，以及抑制炎症。
在谷禾的大人群数据库中，丁酸弧菌属的检出率为35.58%，表明它在人群中的分布较为普遍。然而，在某些疾病状态下，该菌的丰度可能会降低，这可能与疾病的发生发展有关。例如，肠道炎症性疾病、肥胖、糖尿病等情况下，丁酸弧菌属的丰度可能会受到影响。
丁酸弧菌属的代谢特性使其能够利用纤维素和氨，这意味着富含纤维的食物(如蔬菜、水果、全谷物)和高蛋白食物(如肉类、豆类)可能有助于增加其丰度。此外，多酚类化合物（存在于许多植物性食物中）也可能对丁酸弧菌属的生长有积极影响。
在谷禾的检测报告中，如果能够看到丁酸弧菌属的丰度高低，结合相关的研究和文献，可以进一步了解其在健康中的作用和生理代谢机制。例如，高丰度的丁酸弧菌属可能与更好的肠道健康、更低的炎症水平和更稳定的肠道屏障功能相关。
总之，丁酸弧菌属作为人体重要的产丁酸菌之一，其丰度的变化可能与多种健康状况有关。通过饮食调整和生活方式的改变，可能有助于维持或增加其在肠道微生物群中的丰度，从而促进肠道健康。
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本文转自：谷禾健康
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