周中凱，楊 艷，鄭排云，張 巖，陳曉姍

（天津科技大學(xué)食品工程與生物技術(shù)學(xué)院，天津 300457）

腸道微生物蛋白質(zhì)的發(fā)酵與腸道健康的關(guān)系

周中凱，楊 艷，鄭排云，張 巖，陳曉姍

（天津科技大學(xué)食品工程與生物技術(shù)學(xué)院，天津 300457）

人體內(nèi)蛋白質(zhì)發(fā)酵主要發(fā)生于結(jié)腸末端，會產(chǎn)生一些不利于健康的代謝產(chǎn)物如氨類、胺類、酚類化合物和硫化物等。一些重要的腸道疾病如大腸癌、潰瘍性結(jié)腸炎的發(fā)生都集中于結(jié)腸末端，這與在該部位的蛋白質(zhì)的高度發(fā)酵有關(guān)。流行病學(xué)研究表明，高肉類食物通常與大腸癌的發(fā)生呈正相關(guān)性，這是因為高肉食的攝入不僅增加了蛋白質(zhì)在大腸中的含量，而且還增加了脂肪、荷爾蒙和雜環(huán)胺的攝入，這些物質(zhì)對大腸癌的發(fā)生也起到促進(jìn)的作用。然而，腸道健康和蛋白質(zhì)的發(fā)酵之間的潛在關(guān)系還沒有得到充分的研究，本文就蛋白質(zhì)在腸道發(fā)酵所產(chǎn)生的一些潛在危害化合物及其在體內(nèi)代謝循環(huán)的研究進(jìn)行綜述。

大腸癌；遺傳毒性；益生元；益生菌；蛋白質(zhì)發(fā)酵

腸道微生物利用未消化的蛋白質(zhì)進(jìn)行厭氧發(fā)酵，這種發(fā)酵過程在總體上被認(rèn)為是對宿主的健康不利的一種生物過程，蛋白質(zhì)的發(fā)酵產(chǎn)生一系列的代謝產(chǎn)物，這些化合物與腸道的黏膜功能有關(guān)并且與黏膜細(xì)胞發(fā)生反應(yīng)[1-2]。蛋白質(zhì)發(fā)酵不僅與大腸癌發(fā)生的病理學(xué)有關(guān)并且與潰瘍結(jié)膜炎（ulcerative conjunctivitis，UC）的發(fā)生密切相連，與人體生理衰老過程也有著極大的關(guān)系。蛋白質(zhì)對腸道健康的研究也愈來愈受到人們的關(guān)注，這是因為目前在控制體質(zhì)量和減肥等方面多采用高蛋白的食譜。

30年前人們就假設(shè)腸道蛋白質(zhì)的發(fā)酵與大腸癌的產(chǎn)生有很大的關(guān)系[3]，Hill等[4]研究食物蛋白質(zhì)代謝產(chǎn)物與腸道癌的病理學(xué)關(guān)系并提出腸道細(xì)菌可將膽汁酸轉(zhuǎn)化成與致癌物性質(zhì)相關(guān)聯(lián)的化合物，然而，高肉食的攝入與增加大腸癌的幾率關(guān)系似乎不能僅由在膽汁酸的濃度來解釋，這是因為在高肉食攝入食譜研究對象中其肉食物對膽汁酸的排出起到很小的作用[3]。另外，蛋白質(zhì)作為肉食的主要成分，其發(fā)酵的代謝物如氨、酚類化合物等被認(rèn)為是潛在致癌物質(zhì)，這些物質(zhì)通過發(fā)酵所產(chǎn)生的一些代謝物可能與大腸癌的關(guān)系更為密切。

有關(guān)研究表明，腸道中微生物發(fā)酵對宿主腸道的健康影響是由于蛋白質(zhì)在這些區(qū)域的代謝活性更為活躍，例如在大腸的末端，UC在直腸處開始然后擴(kuò)散，大約60%的大腸癌的發(fā)生地帶集中于結(jié)腸末端或直腸[5]。Chao等[6]通過延長高肉食攝入證實了紅肉和加工肉制品可能會增加大腸末端區(qū)域的癌癥的發(fā)生率。

本文提供了蛋白質(zhì)在體內(nèi)外模型的發(fā)酵并概述了蛋白質(zhì)發(fā)酵對宿主健康影響的一些研究證據(jù)。對蛋白質(zhì)作為人體必需營養(yǎng)素，在人體營養(yǎng)素的代謝中起到重要作用，如肌肉生長、人體免疫系統(tǒng)和細(xì)胞再生等[7]，在本文中不再進(jìn)行討論。

1 影響蛋白質(zhì)發(fā)酵的因素

大約15%～20%的能量是通過攝入蛋白質(zhì)供給的，進(jìn)入大腸的蛋白質(zhì)含量取決于食物中蛋白質(zhì)的含量和蛋白質(zhì)的消化率，來源于動物的蛋白質(zhì)（如乳品和動物蛋白）其消化率可能高達(dá)90%，高于植物蛋白的70%～90%。來源于乳品的蛋白質(zhì)（如乳清蛋白、酪蛋白）的消化率略高于肉類蛋白質(zhì)[8]，使用同位素技術(shù)，Evenepoel等[9]比較生的和蒸煮的雞蛋蛋白的消化率，發(fā)現(xiàn)進(jìn)入大腸的蛋白質(zhì)的量和發(fā)酵代謝產(chǎn)物取決于蛋白質(zhì)的消化率。酪蛋白經(jīng)過較強(qiáng)熱處理（加熱到180℃、1 h）后顯著地降低了蛋白質(zhì)的消化率，但增加了蛋白質(zhì)發(fā)酵的程度[10]。然而，在大腸切除患者當(dāng)中，不同來源的蛋白質(zhì)的消化率又呈現(xiàn)出相似性，在小腸排泄物中氮的排出量與膳食中氮的攝入呈很好的線性關(guān)系，這個研究結(jié)果表明，正常情況下的飲食中蛋白質(zhì)的量而不是其來源決定了其進(jìn)入大腸的量。

2 蛋白質(zhì)發(fā)酵產(chǎn)物

大腸中將蛋白質(zhì)降解成寡肽類和氨基酸類的水解過程是在細(xì)菌分泌的蛋白酶和肽酶的共同作 用下發(fā)生的，這些酶在中性和堿性條件下活性最大。在大腸的初始區(qū)域，pH值偏酸性，這是因為碳水化合物發(fā)酵產(chǎn)生短鏈脂肪酸（short chain fatty acids，SCFA）的緣故，隨著向大腸后端的遷移，碳水化合物的發(fā)酵終結(jié)，pH值上升，蛋白質(zhì)的發(fā)酵則變?yōu)榛钴S。

盡管SCFA是碳水化合物發(fā)酵的主要終端產(chǎn)物，其也可以通 過蛋白質(zhì)的還原脫氨基作用而生成[11]，SCFA能快速被吸收并且對人體產(chǎn)生有利的影響。作為SCFA主要成分之一，丁酸是腸道細(xì)胞最重要的能量來源，在細(xì)胞繁殖和分化中起到重要的作用[12]，其功能還包括抑制腸道癌細(xì)胞和腸道炎癥的發(fā)生，降低氧化壓力，加強(qiáng)結(jié)腸的防御屏障[13]。

與SCFA相比，支鏈脂肪酸（branched chain fatty acid，BCFA）僅僅是由支鏈氨基酸所發(fā)酵產(chǎn)生的，例如，異丁酸、異戊酸和2-甲基丁酸乙酯，分別由纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸發(fā)酵產(chǎn)生[14]。

NH3是在細(xì)菌作用下將氨基酸脫氨基得到的，一小部分是由細(xì)菌脲酶催化尿素水解得到[11]，在腸道中大約每天可產(chǎn)生3.5～4.0 g的NH3[15]，導(dǎo)致腸道中NH3的濃度可達(dá)到60 mmol/kg腸內(nèi)物[16]，NH3還可被細(xì)胞利用從而進(jìn)入代謝循環(huán)用于蛋白質(zhì)的合成，另外，它可被大腸吸收轉(zhuǎn)變?yōu)槟蛩夭⒁阅虻男问脚懦觥?/p>

芳香族氨基酸在大腸被微生物發(fā)酵后可產(chǎn)生酚類和吲哚類化合物（圖1），酪氨酸的降解產(chǎn)物包括對羥苯基丙酮酸雙氧化酶、4-羥苯基乙酸鹽、4-羥基苯丙酸和羥基苯乙酸，還有苯酚、甲酚、乙基苯酚。苯丙氨酸經(jīng)細(xì)菌代謝物也會產(chǎn)生相類似的衍生物如酮酸、苯乳酸、乙酸苯酯等。色氨酸降解產(chǎn)生吲哚、3-甲基吲哚、吲哚醋酸鹽和吲哚丙酸鹽，酚類化合物大部分在腸道中被吸收，在腸道黏膜和肝臟中通過葡糖甘酸和硫酸鹽的共軛作用被脫毒，最后以尿液形式排出，大約90%尿液中酚類化合物以甲酚形式排出體外[17]。

圖1 芳香族氨基酸酪氨酸（A）、苯丙氨酸（B）和色氨酸（C）的降解路徑Fig.1 Degradation pathways of the aromatic amino acids tyrosine (A), phenylalanine (B) and tryptophan (C)

由于人體內(nèi)的酶不產(chǎn)生BCFA、酚類和吲哚，此類化合物在大腸中的生成可以說是完全由腸道微生物發(fā)酵所產(chǎn)生的，因此此類化合物的產(chǎn)生可以用來作為評估大腸中蛋白質(zhì)發(fā)酵程度的一個標(biāo)記[18]。

H2S是一個對人體毒性很強(qiáng)的化合物，其是由硫酸黏蛋白和含硫氨基酸如蛋氨酸、胱氨酸、?；撬岬然衔锿ㄟ^硫酸鹽還原細(xì)菌的發(fā)酵所產(chǎn)生，其在大腸中的濃度可達(dá)1.0～2.4 mmol/L。含硫氨基酸的量隨著蛋白食物的攝入而上下波動，結(jié)果表明糞便中硫化物的含量與攝入了蛋白質(zhì)含量呈顯著性關(guān)系（P＜0.001）[19]。

氨基酸的脫羧基作用也可產(chǎn)生胺類，胺類和多胺類的產(chǎn)生多來源于內(nèi)源性的分泌、膳食中未被吸收的多胺類以及脫落的細(xì)胞中[11]，存在于腸道黏膜的一元胺二胺氧化鎂酶可將腸道微生物所產(chǎn)生的胺類進(jìn)行脫毒。另外，在酸性或中性pH值的環(huán)境中，由于細(xì)菌酶的催化作用，胺類通過二級胺和亞硝酸鹽的縮合來合成亞硝胺類化合物[20]。

3 蛋白質(zhì)發(fā)酵的潛在毒性

3.1 體外實驗?zāi)Ｐ?/p>

蛋白質(zhì)的發(fā)酵對大腸的影響體外模型大多采用腸道細(xì)胞，讓這些組織/細(xì)胞暴露于一些有害的代謝產(chǎn)物的環(huán)境中，然后研究細(xì)胞代謝狀況。

3.1.1 氨類

由于細(xì)菌降解以及內(nèi)源性氮的循環(huán)，結(jié)腸上層細(xì)胞長期置于含NH3的環(huán)境中[14]，Topping等[21]發(fā)現(xiàn)NH3的存在可刺激嘧啶的合成及其與大腸上皮細(xì)胞RNA的交互作用，分離小鼠末端大腸在NH3（75 mmol/L）中培養(yǎng)可刺激上皮細(xì)胞增殖[22]。

核苷標(biāo)記也用來研究氨對來自結(jié)腸組織的影響，所用材料為10 mmol/L的丁酸銨和等物質(zhì)量的丁酸鈉，結(jié)果標(biāo)記因子無變化，這可能是由于氮的毒性效果被丁酸的正效應(yīng)所中和的緣故。

3.1.2 甲酚和苯酚

從人體組織中分離的大腸上皮細(xì)胞浸于1.25mmol/L的苯酚發(fā)現(xiàn)其生存能力降低，從生理學(xué)相關(guān)濃度來看，降低HT-29細(xì)胞的生存能力要求的苯酚的濃度為20 mmol/L[23]。Caco-2細(xì)胞的在氨（10～100 mmol/L）、苯酚（1～10 mmol/L）和一級、二級膽汁酸（50～250 μmol/L）進(jìn)行培養(yǎng)的上皮細(xì)胞的抗性降低。苯酚在SK-CO15細(xì)胞中對細(xì)胞透性有影響，這種影響強(qiáng)度與劑量有關(guān)并隨著浸泡時間的延長而加強(qiáng)。Cerini等[24]證實上皮細(xì)胞浸泡在甲酚（10～50 μg/mL）中其通透性也會發(fā)生顯著性的降低。黏膜層的變薄或通透性的增加可顯著增加一系列化合物對腸道黏膜的通透性，這些化合物也包括毒性的化合物。

3.1.3 H2S

H2S對腸道細(xì)胞的潛在危害性研究比較廣泛。Attene-Ramos等[25]在一系列體外實驗研究結(jié)果表明H2S對細(xì)胞的影響途徑與在結(jié)腸相似，硫化物在濃度為250 μmol/L時能使結(jié)腸癌細(xì)胞（HT-29細(xì)胞）基因組DNA結(jié)構(gòu)受到損傷。硫化物處理后，一系列的氧化性增強(qiáng)了，與丁基羥基茴香醚一種游離基清除劑共同培養(yǎng)可降低由H2S誘發(fā)的DNA損傷的程度，表明了這種損傷是由于自由基調(diào)控的。在人體上皮細(xì)胞中，有關(guān)細(xì)胞周期進(jìn)程、炎癥和DNA修復(fù)這些基因的表達(dá)由硫化物調(diào)控。在大多數(shù)大腸癌患者中，COX-2基因的表達(dá)顯著性上調(diào)[26]。

除了誘發(fā)DNA損傷外，硫化物還會阻礙大腸內(nèi)丁酸的氧化作用，把小鼠的大腸暴露于硫化物（0～2.5mmol/L）中會使丁酸氧化受阻。丁酸氧化受阻最終導(dǎo)致能量的缺乏，從而導(dǎo)致鈉的吸收降低、黏蛋白的分泌減少以及結(jié)腸的生命期縮短。H2S也能抑制細(xì)胞呼吸，至少在一定程度上起到抑制細(xì)胞色素c氧化酶的作用，這種酶是合成三磷酸腺苷的關(guān)鍵酶之一，在大腸上皮細(xì)胞的勻漿中，加入濃度0.5～5μmol/L的NaHS可有效地抑制細(xì)胞色素c氧化酶的活性。

3.2 動物實驗

3.2.1 蛋白質(zhì)發(fā)酵產(chǎn)物的影響

以鹽溶液處理作對照，往小鼠大腸灌入35 mmol/L醋酸銨/氯化物發(fā)現(xiàn)其顯著地誘發(fā)組織黏膜的損傷以及黏 液的減少，在小鼠模型中使用化學(xué)試劑（甲基嗎啉、亞硝基胍）可誘發(fā)大腸癌的發(fā)生，52周之后，灌入直腸的醋酸銨溶液會導(dǎo)致腸道惡性腫瘤的增加[27]。

有關(guān)實驗也證實了硫化物 在UC的發(fā)病機(jī)理中起到損傷劑的作用。在動物實驗?zāi)Ｐ椭?，其可能誘發(fā)相類似的病理狀態(tài)，與使用2種難消化的硫酸鹽，即葡聚糖硫酸酯、含有卡拉膠的硫酸鹽的結(jié)果相類似[11]。在小鼠胃中置于NaHS（10～30 mmol/L）環(huán)境下，經(jīng)4 d（急性）或90 d（慢性）處理，丁酸氧化都表現(xiàn)出明顯的降低。

3.2.2 蛋白質(zhì)攝入的影響

Corpet等[10]研究了在腸道中蛋白質(zhì)的發(fā)酵產(chǎn)物與大腸癌之間的關(guān)系。酪蛋白、大豆蛋白、雞蛋蛋白經(jīng)過熱處理降低其消化率然后加入到小鼠的飼料中，將酪蛋白加熱1h可增加蛋白質(zhì)發(fā)酵的程度，這種增加效果可通過測定糞便中氨和尿中的酚類來衡量。然而，加熱2～4 h導(dǎo)致蛋白質(zhì)發(fā)酵減速。相反，大豆蛋白和雞蛋白的熱處理可增加大腸蛋白質(zhì)發(fā)酵情況。

使用不同來源和數(shù)量的蛋白質(zhì)觀察對大腸癌發(fā)生的影響，經(jīng)一系列小鼠動物實驗進(jìn)一步證實了蛋白質(zhì)發(fā)酵對大腸癌發(fā)生風(fēng)險的關(guān)系，相對于正常攝入蛋白質(zhì)量（15%酪蛋白）的標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)攝入高蛋白質(zhì)量（酪蛋白25%、大豆蛋白25%、白肉25%、紅肉35%）會顯著增強(qiáng)大腸基因的損傷，而這種情況在25%的乳清蛋白中并無體現(xiàn)出來，與白肉相比，紅肉誘發(fā)更多的基因損傷，這種區(qū)別可能是因為紅肉中含有更多的亞鐵血紅素的緣故，亞鐵血紅素能刺激人體腸道基因毒性物質(zhì)內(nèi)源性亞硝基化合物的合成[28]。

與15%酪蛋白食譜相比，在配料中攝入高酪蛋白（25%）能顯著提高糞便中甲酚的含量，另外，甲酚的含量與基因損傷有顯著性關(guān)系。同時，在攝入高紅肉和白肉的配料后，盲腸和糞便中的甲酚的含量也顯著增加。盡管沒有明確的數(shù)據(jù)范圍來顯示基因損傷的程度，但這些研究數(shù)據(jù)表明蛋白質(zhì)的發(fā)酵與基因的損傷有密切的關(guān)系。

在小鼠配料中，如果用土豆蛋白代替酪蛋白，將會明顯的增加尿液中甲酚的含量，這是因為土豆蛋白的消化率低于酪蛋白，同時腸道中的支鏈脂肪酸也顯著提高。這些指標(biāo)均與增加腸道的腫瘤發(fā)生相關(guān)聯(lián)[2]。攝入土豆蛋白主要體現(xiàn)在提升小腸腫瘤細(xì)胞的風(fēng)險，因此，盡管結(jié)果顯示有害發(fā)酵產(chǎn)物是發(fā)生在大腸內(nèi)，它們也可能會系統(tǒng)性地影響到小腸細(xì)胞。

另外，高蛋白攝入所增加的DNA損傷與結(jié)腸黏膜屏障變薄密切相關(guān)，這種情況對于攝入動物蛋白更為顯著。在另一小鼠實驗研究中，攝入20%大豆蛋白和20%酪蛋白，上皮細(xì)胞的損傷和增殖以及糞液細(xì)胞毒性均有所提高[29]。然而，Vis等[30]在小鼠實驗中發(fā)現(xiàn)攝入25%的大豆蛋白比攝入25%的酪蛋白具有一定的保護(hù)作用，而不是刺激大腸癌危險因素的上升。

最近的小鼠動物實驗表明，喂食高達(dá)53%的蛋白質(zhì)含量的飲食配方與喂食14%的正常蛋白質(zhì)的飲食配方相比，前者明顯降低了大腸刷狀緣細(xì)胞膜（P = 0.0001）的高度，而這種改變又恰好與腸道中高蛋白酶的活性（P = 0.01）相一致，并且小鼠大腸腔內(nèi)（P = 0.0008）NH3的含量也顯著增加[31]。

3.3 人體實驗?zāi)Ｐ?/p>

3.3.1 流行病學(xué)研究

流行病學(xué)研究發(fā)現(xiàn)攝入肉類特別是紅肉對增加腺瘤和大腸癌的風(fēng)險有顯著性作用。只有少數(shù)幾個研究報道蛋白質(zhì)的消耗和大腸癌風(fēng)險并無顯著的關(guān)系。除了蛋白質(zhì)影響外，其他膳食因素以及生活方式等均會影響最終結(jié)果，例如紅肉中會含有飽和脂肪酸、血紅素鐵、雜環(huán)胺（肉類燒烤中產(chǎn)生），所有這些因素均會增加大腸癌的風(fēng)險。由于將這些因素從理論上絕對分開是不現(xiàn)實的，因此也不可能很準(zhǔn)確的分析每一成分對增加大腸癌風(fēng)險的貢獻(xiàn)程度。世界癌癥研究基金/美國癌癥研究中心報道紅肉和加工肉制品類的攝入與大腸癌呈正相關(guān)，然而對肉食各成分針對性的研究還不充分。

蛋白質(zhì)發(fā)酵與大腸癌炎癥疾病的關(guān)系還沒有進(jìn)行深入的研究。然而有些實驗研究了飲食與疾病的關(guān)系，例如其中一項研究針對67 000名女性在攝入高蛋白質(zhì)的條件下，尤其是動物蛋白，可顯著增加節(jié)段性回腸炎（crohn’s disease，CD）和UC的風(fēng)險。在最近一篇綜述中分析了19個研究結(jié)果，其共采用了2 609個大腸癌炎癥疾病患者和超過4 000個對照人群，發(fā)現(xiàn)在膳食中高攝入肉食蛋白能夠顯著增加CD和UC發(fā)生的風(fēng)險[32]。

另外，在一個前瞻性群組研究中，高肉膳食（尤其是紅肉和加工肉類）以及飲酒都會增加UC患者病癥的復(fù)發(fā)，這是因為紅肉含有高含量的含硫氨基酸，而加工的肉類和酒精飲料含有大量的硫酸鹽或亞硫酸鹽。高硫飲食在體內(nèi)會生成H2S以導(dǎo)致大腸黏膜的損傷，與對照組相比，未處理的UC病人糞便中含有更高濃度的H2S（0.55 mmol/L對0.25 mmol/L，P=0.027）[33]。

3.3.2 交叉研究

交叉研究中經(jīng)常采用Comet分析來揭示糞液中的基因毒性以此作為生物標(biāo)記來研究飲食和大腸癌的關(guān)系。使用這個技術(shù)，發(fā)現(xiàn)健康人體攝入高脂、高蛋白和低膳食纖維的食物中幾乎可使糞液中基因毒性增加一倍[34]。含乳品豐富的飲食結(jié)構(gòu)與蛋白質(zhì)少量降低的飲食對比，后者糞液細(xì)胞毒性也有了顯著的增加，然而基因毒性卻相似，這可能是由于攝入鈣的顯著性減少而使細(xì)胞毒性增加的緣故[35]。

采用12個健康男性通過60 g/d的紅肉飲食（包含65 g蛋白質(zhì)）、420 g/d的紅肉飲食（含有143～150 g蛋白質(zhì)）、素食飲食（含有143～150g蛋白質(zhì)）3組實驗比較糞液中基因毒性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)并無明顯不同。盡管如此，與60g/d紅肉飲食組相比，經(jīng)過142g/d紅肉飲食和素食飲食的蛋白質(zhì)發(fā)酵程度更高[36]。

Benassi-Evans等[37]通過一個減肥的飲食配方來研究高蛋白質(zhì)和紅肉（35%的蛋白質(zhì)）、高碳水化合物（17%的蛋白質(zhì)）的糞液基因毒性，將發(fā)酵代謝產(chǎn)物作為生物標(biāo)記來描述腸道健康，12周之后在減肥食譜中發(fā)現(xiàn)總DNA損傷程度顯著降低，這表明控制攝入熱量可降低糞液中的基因毒性。盡管排泄物中的苯酚或甲酚的分泌沒有改變，但通過減少能量攝入來控制排泄物中基因毒性的影響還需做進(jìn)一步的研究。

4 影響蛋白質(zhì)發(fā)酵的機(jī)制

減少蛋白質(zhì)發(fā)酵對人體產(chǎn)生潛在的有害化合物最簡單的方法就是減少飲食中蛋白質(zhì)的攝入[1,18]。另一措施包括加入益生元、益生菌或合生元。在食譜中加入益生元、益生菌或合生元，糖分解發(fā)酵的增強(qiáng)的同時也會伴隨著蛋白水解發(fā)酵作用的減?。ū?）。

將抗性淀粉（resistant starch，RS）加入到小鼠配料中顯著地降低了尿液中甲酚的含量以及尿中氮的排泄，同時通過低聚果糖或木聚糖也減少了尿中氮的排泄并且增加了糞便中的氮排泄。食用高RS含量的食物時，糞便中的氨和糞便中的甲酚、苯酚和總酚類含量顯著性地降低。在健康人群中，攝入消耗RS3型比攝入RS2型更能顯著降低糞便中氨的含量。消耗乳果糖或乳糖醇4周將會導(dǎo)致糞便中甲酚、對甲酚、吲哚和糞臭素的濃度的顯著減少，而其他糖醇的攝入并不影響糞便中氨和對甲酚的含量。

在飲食中加入菊粉、低聚果糖-菊粉、阿拉伯糖基木聚糖、低聚糖和乳果糖會減少蛋白質(zhì)發(fā)酵情況。為了研究結(jié)腸氨代謝，使用15N標(biāo)記氨并且追蹤尿液和糞便中15N的排泄量。加入的益生元、益生菌或合生元能刺激細(xì)菌同化氨的作用，一大部分細(xì)菌固定的NH3上的[15N]從糞便排出，一小部分標(biāo)記出現(xiàn)在尿液中[40]。在健康人群中發(fā)現(xiàn)，乳桿菌和雙歧桿菌能顯著降低尿中甲酚含量并且能有利于氨代謝，另外攝入乳酸桿菌4周后能減少尿中對甲酚的含量[47]。

通過使用代謝組學(xué)的方法，對糞便采樣，攝入合生元前、后（0.5 g低聚糖、109CFU雙歧桿菌和109CFU嗜酸乳桿菌）30 d，1H-NMR和多元統(tǒng)計分析表明對人體有益的腸道代謝，由蛋白質(zhì)發(fā)酵過程向碳水化合物發(fā)酵過程轉(zhuǎn)變。相似的研究也證實了這一點，即攝入1個月的合生元（0.5 g低聚果糖、109CFU B. longum和109CFU瑞士乳桿菌）也獲得類似的結(jié)果。代謝物與合生元呈正相關(guān)，主要是短鏈脂肪酸的含量增加，而1-辛醇、噻吩和壬烷的濃度在攝入之后明顯降低。

供給合生元同時加入低聚果糖-菊粉（2×10 g/d）和干酪乳桿菌（2×6.5×109/d）之后蛋白水解發(fā)酵轉(zhuǎn)變?yōu)樘前l(fā)酵這一情況也被證實。另外通過來苯基丙氨酸降解產(chǎn)物乙烷、三硫化物、乙苯的減少進(jìn)一步證實了蛋白質(zhì)發(fā)酵程度的降低。加入益生元、益生菌或合生元之后的蛋白質(zhì)發(fā)酵降低，大量的動物實驗研究還發(fā)現(xiàn)加入益生元、益生菌或合生元能降低腫瘤和癌前期病變的發(fā)生率[53]。

加入益生元、益生菌或合生元對糞液毒性 還有正影響。攝入酸奶和混有乳酸桿菌145、雙歧桿菌913的酸奶后，收集這兩種樣本的糞液毒性進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)在含有益生菌的酸奶中基因毒性顯著地降低。在息肉切除術(shù)病人和大腸癌的病人作空白對照的隨機(jī)實驗中，攝入合生元（鼠李糖乳桿菌GG、雙歧桿菌Bb12和低聚果糖-菊粉）12周之后結(jié)果顯示，在息肉切除術(shù)病人中其DNA損傷有輕微的降低，在息肉切除術(shù)病人中，這些物質(zhì)的攝入也顯著地降低了結(jié)腸癌細(xì)胞的擴(kuò)散并提高對上皮細(xì)胞的屏障作用[51]。

表1 加入益生元、益生菌、合生元對蛋白質(zhì)發(fā)酵標(biāo)記的影響Table 1 Effect of addition of pre-, pro- or syn-biotics on protein fermentation

5 結(jié) 語

腸道內(nèi)蛋白質(zhì)發(fā)酵代謝產(chǎn)物如NH3和H2S等存在一定的潛毒性，加之尿液中的對甲酚和苯酚的濃度高低也是衡量蛋白質(zhì)發(fā)酵程度的尺度，從目前研究結(jié)果來看，這些指標(biāo)可作為評價大腸健康的部分生物標(biāo)記物。大量攝入高蛋白與DNA損傷有密切關(guān)系，因為腸道蛋白質(zhì)發(fā)酵的程度主要依靠蛋白質(zhì)的攝入量，也因此可推斷蛋白質(zhì)發(fā)酵與增加大腸癌風(fēng)險有密切關(guān)系。加入益生元、益生菌可減少蛋白質(zhì)發(fā)酵程度和糞液的基因毒性，進(jìn)一步說明了在蛋白質(zhì)發(fā)酵和DNA損傷之間存在關(guān)系，但仍需從機(jī)理上進(jìn)一步探索。

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Relationship between Gut Microbial Fermentation of Proteins and Gut Health

ZHOU Zhong-kai, YANG Yan, ZHENG Pai-yun, ZHANG Yan, CHEN Xiao-shan
(College of Food Engineering and Biotechnology, Tianjin University of Science and Technology, Tianjin 300457, China)

Protein fermentation mainly occurs in the distal colon, resulting in the production of potentially toxic metabolites such as ammonia, amines, phenols and sulfides. In addition, some important bowel diseases such as colorectal cancer (CRC) and ulcerative colitis (UC) appear most often in the distal colon, which are related to the high protein fermentation at these areas. Epidemiological studies revealed that diets rich in meat are associated with the prevalence of CRC, because the intake of meat not only increases thve fermentation of proteins, but also enhances the intake of fat, hormone and heterocyclic amines, which may also play an important role in the development of CRC. However, the relationship between gut health and protein fermentation has not been thoroughly investigated. In this review, the existing evidence regarding the potential toxicity of protein fermentation from in vitro animal and human studies is summarized.

colorectal cancer (CRC); genetic toxicity; prebiotics; probiotics; protein fermentation

TS201.2

A

1002-6630(2014)01-0303-07

10.7506/spkx1002-6630-201401060

2013-01-16

周中凱（1964—），男，教授，博士，研究方向為谷物科學(xué)與營養(yǎng)。E-mail：Zhongkai_zhou@hotmail.com