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SCFA为含有1~6个碳原子的脂肪酸,包括甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、异丁酸和异戊酸等。其中,直链脂肪酸主要由肠道微生物分解宿主消化酶不可消化的碳水化合物和纤维类物质产生,支链脂肪酸主要由肠道菌群分解含氮物质生成,如异丁酸和异戊酸分别是由分解缬氨酸和亮氨酸产生,但对其代谢方式目前还知之甚少。乙酸主要由肠道中的拟杆菌、瘤胃球菌、真杆菌和链球菌等菌属发酵果胶、木聚糖和阿拉伯半乳聚糖产生酸,再通过乙酰辅酶A或厌氧乙酰辅酶A途径代谢酸产生;丙酸主要由拟杆菌门发酵阿拉伯半乳聚糖,通过琥珀酸途径将琥珀酸转化为甲基丙二酰辅酶A产生;丁酸主要由厚壁菌门发酵淀粉,产生的2分子乙酰辅酶A缩合继而还原为丁酰辅酶A,进一步通过磷酸丁酰转移酶和丁酸激酶转化为丁酸(表 1)。在乳酸堆积过多情况下,肠道菌群还可利用乳酸和乙酸合成丁酸,减少乳酸的蓄积以稳定肠道的内环境。
SCFA主要在单胃动物的肠道后段经微生物发酵产生,其中的乙酸、丙酸和丁酸占总SCFA的90%~95%,其余SCFA仅占5%~10%。SCFA在盲肠和近端结肠中的浓度较高,并且越往后段肠道其浓度逐渐降低。高浓度的SCFA经大肠吸收通过门静脉进入血液循环,随后运输至肝脏和外周组织中代谢,并作为营养物质和信号分子调节机体的生理活动。对反刍动物而言,瘤胃内产生的SCFA主要作为能量底物被瘤胃上皮细胞利用,部分被转运至肝脏进行代谢。乙酸可用于胆固醇的合成,在肝脏中合成长链脂肪酸、谷氨酸、谷氨酰胺和β-羟丁酸,此外还可被肌肉、心脏和脑等组织利用;丙酸在肝脏中主要进行糖异生作用,可抑制胆固醇的合成,并对脂肪合成有抑制作用;丁酸主要作为肠上皮细胞的能量底物被利用,剩余的少量丁酸进入肝脏参与糖异生、酮体和甘油三酯的合成,间接影响机体的糖脂代谢。动物体内90%以上的SCFA以离子形式存在,但却以非离子形式被肠道吸收。因此,SCFA的吸收需要利用肠道上皮的Na+-K+交换或分解二氧化碳,维持肠道的电解质平衡。
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