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肠道多不饱和脂肪酸的种类、生产及其生理功能

作者:原创银河国际线上网 时间:2018-12-29 16:35 加入收藏

  摘要:肠道菌群是人体微生态学的重要组成部分, 也是最大、最复杂的微生态系统, 在宿主的营养吸收、肠道与免疫系统发育等重要生理过程中发挥作用, 与人类健康和疾病密切相关。这些共生微生物排除肠道病原体的功能主要依赖于其产生的生物活性物质, 如多不饱和脂肪酸等。同时这些脂肪酸在肠道微生物的作用下能够进一步转化为具有特殊结构和功能的多不饱和脂肪酸衍生物。这些多不饱和脂肪酸衍生物对维持健康稳定的肠道菌群至关重要。此外, 多不饱和脂肪酸在宿主防御和免疫中发挥了多重关键作用, 包括抗癌、抗炎、抗氧化活性, 以及降低肠道致病菌的竞争能力等。主要对肠道中多不饱和脂肪酸的来源及其重要的生理功能, 以及肠道微生物对多不饱和脂肪酸的转化衍生机制进行了综述, 并提出肠道微生物是特殊多不饱和脂肪酸及衍生物生产菌株潜在的种子及基因库, 以扩展功能油脂生产菌株的来源。
  
  关键词:多不饱和脂肪酸; 肠道微生物; 生物转化; 羟基脂肪酸;

  Polyunsaturated Fatty Acids and Their Derivatives in the Intestinal Tract: a Review

  
  Abstract:Gut microbiota is an important part of human micro-ecology, and also the largest and most complex microbial ecosystem. Gut microbiota were recently proposed to have an important role in the host nutrient absorption, the development of the intestinal immune system, and other important physiological processes; so they are closely related to human health and disease. The exclusion of enteric pathogens by these commensal microbes partially depends upon the production of bioactive compounds such as polyunsaturated fatty acids ( PUFAs) et al. At the same time, these fatty acids can be further transformed into polyunsaturated fatty acid derivatives with special structure and function under the action of enteric microorganisms. These key enteric microbial byproducts are critical to maintaining a healthy gut flora. In addition, PUFAs play multiple key roles in host defense and immunity, including anti-inflammation and anti-oxidative activity, as well as the competition of intestinal pathogens. The source of polyunsaturated fatty acids in the intestinal tract and its important physiological functions, and further introduces the transformation and derivation mechanism of intestinal microorganisms to polyunsaturated fatty acids were mainly reviewed. And it pointed out that enteric microorganisms are the production strain seed bank of special polyunsaturated fatty acids and derivatives, so increase the microbial species of functional oils production.
  
  Keyword:Polyunsaturated fatty acids; Enteric microorganism; Biotransformation; Hydroxyl fatty acids;
  
  肠道是人体最大的消化器官和最大、最复杂的微生态系统[1].肠道微生物菌群是人体微生态学的重要组成部分, 在宿主的营养吸收、肠道与免疫系统发育等重要生理过程中发挥作用, 其变化与多种疾病的产生、发展和治疗密切相关[2,3].这些共生微生物发挥的重要生理功能部分依赖于其产生的生物活性物质, 如多不饱和脂肪酸 (polyunsaturated fatty acids, PUFAs) 等。肠道中的PUFAs种类繁多, 主要包括ω-3族、ω-6族、ω-7族和ω-9族等脂肪酸[4,5].这些脂肪酸也发挥着相应的生理功能, 如预防痴呆及心血管疾病、抗癌、抗炎、抗氧化活性等[6,7].同时肠道中这些脂肪酸的存在比例直接或间接影响肠道微生态, 能够改变机体肠道微生物菌群的数量和组成, 影响肠道黏膜屏障生理特性和功能, 而且, 研究发现肠道菌群的失调与机体代谢紊乱、癌症等疾病密切相关。肠道中的PUFAs大多来源于膳食。美国国立卫生研究院提出要求正常成人每日二十二碳六烯酸 (docosahexaenoic acid, DHA) 和二十碳五烯酸 (eicosapentaenoic, EPA) 摄入量均不低于220mg, 孕妇不低于300mg/d.2016年, 国际益生菌与益生元科学协会 (ISAPP) 也将多不饱和脂肪酸首次列入益生元的涵盖范围。肠道中PUFAs除了来源于膳食外, 部分肠道微生物同样具有PUFAs的合成与转化功能[8].肠道微生物Bifidobacterium、Lactobacillus和Lactococcus等均具有合成ω-3族、ω-6族脂肪酸的功能, 且能将PUFAs转化成具有独特分子结构和特殊功能的脂肪酸, 这些脂肪酸已经超越了普通的多不饱和脂肪酸机构, 如羟基脂肪酸、共轭脂肪酸等[9].亚油酸 (LA) 和共轭亚油酸 (CLA) 被公认为最有益的多不饱和脂肪酸, 这些特殊脂肪酸的功能已经引起了人们的广泛关注, 它们改善了人类的健康, 并为功能性食品和化学物质的开发提供了材料。但是, 在肠道微生物群落中, 这些特殊脂肪酸的合成转化机制鲜有报道。本文系统地阐述肠道中PUFAs的种类、生产及其生理功能, 并进一步介绍肠道微生物对PUFAs的转化衍生机制的相关研究进展。最后提出肠道微生物是特殊多不饱和脂肪酸及衍生物生产菌株潜在的种子和基因库, 能够有效的扩展功能油脂生产菌株的来源。
  
  1、肠道中PUFAs的来源于功能
  
  1.1 肠道中常见的PUFAs
  
  肠道中的PUFAs主要来自于摄取的食物和肠道微生物的转化, 这些PUFAs按照从甲基端开始第1个双键的位置不同进行分类 (ω编号分类系统) , 可分为ω-3族、ω-6族、ω-7族和ω-9族PUFAs (第一个双键分别位于第3、6、7和9个碳原子上) [10,11].常见的多不和脂肪酸如表1所示。其中ω-3族和ω-6族是人体自身需要, 而自身又不能实现从头合成的脂肪酸, 或人体自身产生的数量远远不能满足人体需要的脂肪酸, 被称为人体必需脂肪酸[21].ω-3族PUFAs主要包括以亚麻酸为母体经碳链延长酶和去饱和酶作用衍化生成的α-亚麻酸 (α-linolenic acid, ALA) 、EPA、DHA等;ω-6族PUFAs主要包括以亚油酸为母体经碳链延长酶和去饱和酶作用衍化生成的γ-亚麻酸 (γ-linolenic acid, GLA) 、亚油酸 (linoleic acid) 、花生四烯酸 (arachidonic acid, ARA) 等[5,22].在肠道中除了这些常见的PUFAs外, 还存在一些具有特殊结构和功能的PUFAs, 如羟基脂肪酸、共轭脂肪酸等[23].
  
  1.2 肠道中PUFAs的来源
  
  肠道作为机体重要的消化和营养吸收器官, 其中包含大量外源摄取的食物和内源微生物菌群。PUFAs是机体关键的营养物质, 且大多数PUFAs是在机体内不能实现从头合成的脂肪酸, 或合成效率低下, 远远不能满足机体需求, 因此这些PUFAs必须通过肠道吸收供给。肠道中的PUFAs主要来源于膳食, 以及肠道微生物群落的转化衍生 (表1、表2) .研究表明, 对于婴幼儿来说, 其摄取的母乳中就富含的PUFAs, 如ALA、DHA、ARA、GLA等。同时在我们的食物原料中也富含大量的PUFAs, 亚麻籽、油菜、大豆、核桃等植物种子及坚果中富含ALA、GLA;花生、肝脏、猪肾上腺及蛋黄等组织中富含ARA;而早期DHA、DPA、EPA大多是从鱼油及海藻中提取的[26,27,28].
  
  除了食物中富含PUFAs外, 自然界中的许多微生物也能合成PUFAs, 并且主要是通过两条不同的途径完成脂肪酸合成。一条是脂肪酸合成酶途径, 即FAS途径;另一条是聚酮合酶途径, 即PKS途径。PKS途径主要存在于部分海洋细菌和藻类, 在低温海洋生态系统中, 细菌PUFAs的合成部分是PKS酶作用的产物;而FAS途径是在微生物及动植物中普遍存的脂肪酸合成途径。研究表明, 海洋微生物Schizochytrium sp.能够通过PKS途径高效的合成DHA油脂, 其油脂含量可达到100g/L以上, DHA含量大于50%[29];Mortierella alpina是通过FAS途径合成富含ARA的油脂, 通过发酵条件的优化, 油脂含量可达到20g/L, ARA含量超过60%[30,31];美国DuPont银河国际平台登录通过基因工程将Yarrowia lipolytica改造成了EPA生产菌种。这些菌株生产PUFAs已远超过动植物源的DHA生产效率, 以被应用于PUFAs的生产, 作为膳食补充在食品银河国际平台广泛应用。同时, 在庞大的肠道微生物群落中也有部分微生物能够通过这两个途径进行脂肪酸合成。1996年日本科学家首次报道从海洋动物的肠道中分离得到了一种能够通过PKS生产生EPA的腐败希瓦氏菌 (Shewanella putrefaciens SCRC2378) , 该菌株中EPA含量占总脂肪酸含量的24%~40%.并且相关研究表明, 如大肠埃希菌 (Escherichi coli) 、乳酸乳球菌 (Lactococcus lactis) 、丙酮丁醇梭菌 (Clostridium acetobutylicium) 、粪肠球菌 (Enterococcus faecalis) 等肠道微生物均能够通过FAS途径进行脂肪酸合成。
  
  在PUFAs中还包含一类具有独特分子结构的稀有功能性脂肪酸, 如羟基脂肪酸、共轭脂肪酸等, 这些脂肪酸在肠道中也广泛存在。研究表明, 这些超越普通PUFAs的独特PUFAs是通过肠道微生物群落的转化衍生而获得的[23].在肠道厌氧微生物研究中发现, 这些微生物具有独特的PUFAs转化衍生机制。肠道厌氧微生物能够将PUFAs进行异构化, 如将LA、ARA、EPA等转化为相应的共轭脂肪酸。肠道厌氧微生物存在独特的生物加氢途径, 能够进一步将PUFAs还原为相应的部分饱和脂肪酸, 如EPA和ARA分别还原为5 (Z) , 8 (Z) , 13 (E) , 17 (Z) -共轭二十碳五烯酸和5 (Z) , 8 (Z) , 13 (E) -共轭二十碳三烯酸;并且在还原过程中会产生特殊的羟基脂肪酸, 如10-羟基、13-羟基、10, 13-二羟基脂肪酸等[9].肠道微生物Butyrivibrio fibrisolvens是第一个公认的共轭亚麻酸的生产菌种[32,33], 具有类似合成PUFAs等多种次级代谢产物的肠道微生物还有Bifidobacterium bifidum、Bifidobacterium breve、Bifidobacterium longum、Lactobacillus acidophilus、Lactobacillus casei、Lactobacillus plantarum、Lactobacillus rhamnosus、Lactococcus lactis及Streptococcus thermophilus等[34,35,36].然而, 这些PUFAs的含量和组成是由微生物在肠道的空间分布和摄入食物种类决定的 (表2) .这些独特的PUFAs的功能已经引起了人们的关注, 它们改善了人类的健康, 并为功能性食品和化学物质开发了新的材料[23].然而有关肠道微生物中的特殊脂肪酸代谢衍生途径鲜有文章报道。
  

  表1 常见PUFAs的来源与功能


 

  表2 主要的肠道微生物的分布区域与合成的


  1.3 肠道中PUFAs的生理功能
  
  PUFAs作为人体所必需的脂肪酸对多种疾病具有许多生理功能。PUFAs是细胞膜的重要组成单元, 能够维持细胞正常的生理特性, 参与调控细胞周期、膜结合蛋白的行为和活动, 以及质膜的渗透性[37,38].同时, 在机体的部分重要组织器官中PUFAs含量很高, 如大脑、视觉系统等[39,40].研究表明, ω-3脂肪酸 (特别是α-亚麻酸) , 以及ω-6脂肪酸已经被证明可以降低心血管疾病、遗传性疾病、痴呆、乳腺癌和前列腺癌的风险, 以及抑制治病微生物在肠道中的存活和生长。亚油酸 (LA) 和共轭亚油酸 (CLA) 被公认为最有益的PUFAs, 对人类健康有广泛的益处, 包括抗癌、抗炎、抗氧化和抗病原体活动[41].在医疗保健领域应用最为广泛的PUFAs还有ARA、EPA、DHA等。ARA是人体内二十烷酸 (如前列腺素、环前列腺素、白三烯等) 合成的重要前体物质, 在促进大脑发育、酯化胆固醇、预防和治疗心血管疾病、抗炎症和增强免疫力等方面有重要的作用[42].EPA具有降低血小板凝聚、降低血脂、改善血液流变性等功能, 从而对冠心病和动脉粥样硬化具有预防和降低发病风险的作用[43].DHA有预防心血管疾病、保护视力、保健大脑作用, 对提高记忆力、判断力、防止大脑衰老有特殊作用, 并有抑癌抗炎效果[44].
  
  除此之外, PUFAs在维持肠道健康中也扮演着重要的角色, 能够对抗食源性治病菌的感染及改善肠道健康, 直接或间接的影响肠道微生态, 通过调节肠道免疫来保护肠道免受病原菌的入侵和感染, 进而维持肠道的基本生理特性[45].人体肠道菌群是肠道黏膜表面天然防御机制的重要组成部分, 在保护宿主抵御外源致病菌入侵方面发挥着重要作用[46].肠道中共生和致病性细菌都需要稳定的生长环境, 以开拓宿主上皮细胞, 并在整个肠道增殖。肠道中共生微生物通过与致病性细菌进行营养竞争, 以及产生一定的抗生素来抑制致病微生物的黏附、增殖、生存和定居。Bifidobacterium和Lactobacillus通过合成分泌PUFAs并酸化周围环境来对抗致病微生物的入侵, 其中包括肠出血性大肠埃希菌E.coli O157:H7 (EHEC) [47].
  
  同时, 肠道微生物可以通过自身独特的脂肪酸转化途径获得PUFAs的衍生物, 这些衍生物能够调节对机体免疫反应和调控细胞凋亡。特别是乳酸菌, Lactobacillus能够生产多种结构有益的脂质分子, 对机体的免疫功能, 特别是脂肪酸是至关重要的, 因为它们在能量平衡中扮演着重要的角色。在机体免疫中存在一些潜在的涉及免疫调节机制, 包括基因调控、膜流动性改变和脂质过氧化物的形成, 基于这些机制PUFAs在限制肠道致病菌, 尤其是食源性致病菌中也发挥着重要作用。Sun和O'riordan[48]通过动物实验证实了PUFAs在机体免疫中扮演的重要角色。研究表明CLA具有有效地抑制肿瘤形成、增殖和转移的作用。
  
  PUFAs对引起食源性疾病的肠道致病微生物的抑制和清除有促进作用, 这样的食源性疾病的肠道致病微生物包括Salmonella、EHEC、Campylobacter、Listeria monocytogenes、Shigella、Vibrio和Yersinia等[49].Babu等[50]研究表明, ARA、ALA、DHA能够促进鸡巨噬细胞细胞清除Shigella、Enteritidis.PUFAs的对肠道致病微生物的防御功效 (特别是在抑制Salmonella在肠道中增殖寄存方面) 在老鼠、鸟类、鱼类、猪等多种生物体中被证实[51,52,53,54].
  
  2、肠道微生物对PUFAs的转化及其衍生机制
  
  2.1 厌氧微生物对PUFAs的生物加氢作用
  
  脂肪酸饱和代谢, 即所谓的生物加氢, 被认为是厌氧细菌的解毒代谢。这是厌氧微生物将有毒的游离PUFAs转化为低毒的游离饱和脂肪酸的生物转化过程。随着人们对健康生活的追求, 为了开发饱和脂肪酸含量低、ω-3多不饱和脂肪酸含量高及富含具有潜在促进健康功能的共轭亚油酸的健康食品, 反刍动物肠道厌氧微生物的生物加氢过程成为了近年来的研究热点。早期的研究表明, 肠道厌氧微生物Butyrivibrio fibrisolvens能够将亚油酸转化为9 (Z) , 11 (E) -十八烯酸, 并进一步转化为反式十八碳烯酸[55].最近研究揭示了肠道厌氧微生物Lactobacillus plantarum AKU 1009a中的详细生物加氢过程[56,57].能够被Lactobacillus plantarum AKU 1009a识别并作为底物利用的脂肪酸均是C18脂肪酸, 且其结构为9 (Z) 、12 (Z) 二烯系列。这些9 (Z) , 12 (Z) 二烯系列脂肪酸能够进一步被Lactobacillus plantarum AKU 1009a转化为9 (Z) , 11 (E) 和9 (E) , 11 (E) 二烯系列脂肪酸, 并进一步饱和到10 (E) 单烯系列脂肪酸。这些生物加氢途径还包括许多如下文所述的对脂肪酸转化的潜在反应。
  
  2.2 肠道厌氧微生物中PUFAs生物加氢的基础代谢
  
  肠道厌氧微生物Lactobacillus plantarum中的生物加氢途径包括多种反应[56,58,59].生物加氢的第一步反应是在共轭亚油酸水合酶的作用下进行的, 将亚油酸Δ9位的双键水合生成10-羟基-12 (Z) -十八烯酸;第二步反应是由共轭亚油酸脱氢酶进行催化的, 将10-羟基-12 (Z) -十八烯酸中的羟基进行脱水而生成10-氧代-12 (Z) -十八烯酸;第三步反应是由共轭亚油酸异构酶催化完成的, 将10-氧代-12 (Z) -十八烯酸的Δ12位的双键进行异构化生成具有共轭酮结构的10-氧代-11 (E) -十八烯酸;第四步反应是在共轭亚油酸烯酮还原酶的催化下, 将10-氧代-11 (E) -十八烯酸的Δ11位的双键进行加氢反应而形成单键, 进而生成10-氧代-十八烷酸;第五步反应是在共轭亚油酸脱氢酶的催化下, 将10-氧代-十八烷酸Δ10位的氧基团还原为羟基, 生成10-羟基-十八烷酸;第六步反应由共轭亚油酸水合酶催化, 将10-羟基-十八烷酸Δ10位的羟基还原, 生成9 (Z) -十八烯酸 (油酸) 和10 (E) -十八烯酸 (图1a、c) .
  
  在整个多不饱和脂肪酸生物加氢的反应中存在一个支路反应, 这个支路反应主要由共轭亚油酸水合酶、共轭亚油酸脱氢酶和共轭亚油酸异构酶催化完成, 且共轭脂肪酸就是通过这一支路反应中三个关键酶的联合作用产生的 (图1a、b) .该支路反应是在共轭亚油酸脱氢酶的催化下起始, 共轭亚油酸脱氢酶将10-氧代-11 (E) -十八烯酸Δ10位的氧基团还原生成10-羟基-11 (E) -十八烯酸;最后的一个反应是在共轭亚油酸水合酶的作用下, 将10-羟基-11 (E) -十八烯酸Δ10位的羟基还原, 生成9 (Z) , 11 (E) -共轭亚油酸和9 (E) , 11 (Z) -共轭亚油酸。例如, α-亚麻酸、γ-亚麻酸和十八碳四烯酸等具有Δ9、Δ12二烯系列的C18脂肪酸在Lactobacillus plantarum AKU 1009a中均具有相同的转化机制, 同时也表明类似的中间产物, 如含有羟基、酮基、共轭和部分饱和脂肪酸, 也会在这些酶的联合催化作用下产生[57].

 

  图1 亚油酸在乳酸菌中的生物加氢途径

  
  2.3 肠道厌氧微生物共轭脂肪酸生产
  
  共轭脂肪酸是一类两个双键之间只有一个单键或没有插入的碳原子将两个双键分开的一类多不饱和脂肪酸 (如共轭亚油酸等) , 共轭脂肪酸具有较强的抗氧化功能, 将其作为生物有益的功能性油脂引起了广泛的关注。Kishino等[60,61]提出可以将Lactobacillus plantarum AKU 1009a作为由亚油酸转化生成共轭亚油酸的潜在生产菌株。通过108h的发酵, Lactobacillus plantarum能够将12% (m/V) 的亚油酸转化生成40mg/ml共轭亚油酸, 其摩尔转化率为12%;所生产的油脂中共轭亚油酸占总油脂的50%, 且共轭亚油酸以游离的形式存在, 其中9 (Z) , 11 (E) -共轭亚油酸和9 (E) , 11 (Z) -共轭亚油酸的含量分别为38%和62% (图2 a) .乳酸菌也存在类似的油脂转化形式, 它能够将α-亚麻酸、γ-亚麻酸等转化为相应的共轭脂肪酸[62,63].通过α-亚麻酸转化生成的共轭脂肪酸主要有9 (Z) , 11 (E) , 15 (Z) -共轭亚麻酸和9 (E) , 11 (E) , 15 (Z) -共轭亚麻酸。通过γ-亚麻酸转化生成的共轭脂肪酸主要有:6 (E) , 9 (E) , 11 (Z) -共轭亚麻酸和顺-6 (Z) -反-9 (E) , 11 (E) -共轭亚麻酸 (图2b) .还有研究表明, 在Escherichia coli中转化过表达水合酶、脱氢酶和异构酶, 也能够进一步提高共轭脂肪酸的生产效率[58].
  
  基于羟基脂肪酸作为共轭亚麻酸合成的中间产物被发现后, 利用乳酸菌转化合成羟基脂肪酸的研究也随即开展。乳酸菌能够将蓖麻油酸[12-羟基-9 (Z) -十八烯酸]转化为共轭亚麻酸[9 (Z) , 11 (E) -共轭亚油酸和9 (E) , 11 (Z) -共轭亚油酸的混合物][64].同时, Lactobacillus plantarum也是利用蓖麻油酸转化生产共轭亚麻酸的备选催化菌株[65].将游离的蓖麻油酸作为底物, 利用Lactobacillus plantarum作为催化载体生产共轭亚麻酸的反应中, 通过90h的催化反应, 3.4mg/ml的蓖麻油酸转化为2.4mg/ml的共轭亚麻酸, 蓖麻油酸转化率可达到71%;获得共轭亚麻酸主要以游离的形式存在, 其中9 (Z) , 11 (E) -共轭亚油酸和9 (E) , 11 (Z) -共轭亚油酸所占比例分别为21%和79%.在蓖麻油中蓖麻油酸含量丰富。大量的研究表明在脂肪酶存在的条件下, 蓖麻油可以作为乳酸菌转化生产共轭亚麻酸的高效底物[66].

 

  图2 厌氧细菌中共轭脂肪酸和部分PUFAs合成途径

  
  2.4 肠道厌氧微生物羟基脂肪酸的生产
  
  羟基脂肪酸是肠道微生物进行脂肪酸转化的一个重要中间产物, 特别是羟基脂肪酸的酯化结构具有重要的药物用途。其中, 3-羟基脂肪酸酯在预防和治疗线粒体损伤疾病、预防和治疗脑萎缩相关疾病及补充脑能量供应的银河国际平台登录中广泛应用。大多数肠道微生物具有合成羟基脂肪酸的代谢途径。在大肠杆菌中过表达共轭亚麻酸水合酶 (催化脂肪酸饱和的第一步反应) , 利用该转化菌进行羟基脂肪酸的合成。通过发酵条件的优化, 该转化菌能将油酸转化为10-羟基-十八烷酸、10-羟基-十八烷酸的产量可达到30g/L, 转化率达到90%, 且这些10-羟基-十八烷酸具有严格的S-构型。在乳酸菌中也存在类似的合成羟基脂肪酸的代谢途径。并且, 研究乳酸菌能够利用具有9 (Z) , 12 (Z) 系列非共轭十八烯酸合成一系列不同的羟基脂肪酸, 其中包括二羟基脂肪酸, 如10-羟基、13-羟基、10, 13-二羟基脂肪酸[67].
  
  2.5 肠道厌氧微生物还原长链PUFAs过程中关键中间产物
  
  作为一类重要的肠道微生物Clostridium bifermentans能够将EPA和ARA分别还原为5 (Z) , 8 (Z) , 13 (E) , 17 (Z) -共轭二十碳五烯酸和5 (Z) , 8 (Z) , 13 (E) -共轭二十碳三烯酸 (图2c) [68].类似的反应也存在于具有 (Z) , (Z) 系列非共轭结构的ω-6、ω-9族C18和C20脂肪酸中 (如α-亚麻酸、γ-亚麻酸、双高γ-亚麻酸等) , 这些ω-6、ω-9族 (Z) , (Z) 系列非共轭脂肪酸被转化为ω-7族 (E) 单烯酮脂肪酸。通过结构鉴定, Clostridium bifermentans在EPA还原过程中产生了一系列的中间产物, 主要为EPA的共轭异构体, 如5 (Z) , 8 (Z) , 11 (Z) , 13 (E) , 17 (Z) -共轭二十碳五烯酸和5 (Z) , 8 (Z) , 11 (E) , 13 (E) , 17 (Z) -共轭二十碳五烯酸 (图2c) .类似的代谢过程也存在于Clostridium bifermentans对ARA的转化过程中, 在ARA还原为5 (Z) , 8 (Z) , 13 (E) -共轭二十碳三烯酸过程中的重要中间产物有5 (Z) , 8 (Z) , 11 (Z) , 13 (E) -共轭二十碳四烯酸和5 (Z) , 8 (Z) , 11 (E) , 13 (E) -共轭二十碳四烯酸 (图2c) .
  
  3、结语
  
  多不饱和脂肪酸及其衍生物在维持肠道健康中扮演着重要的角色, 特别是在对抗食源性治病菌的感染及改善肠道健康方面, 且直接或间接的影响肠道微生态的平衡。多不饱和脂肪酸及其衍生物是通过调节肠道免疫来保护肠道免受病原菌的入侵和感染, 进而维持肠道的基本生理特性。这为肠道疾病发生机制的研究提供新的思路, 对相关疾病的防治提供了新方法。肠道中的多不饱和脂肪酸及其衍生物不只是从食物中摄取, 大多数的肠道微生物也具有合成多不饱和脂肪酸代谢途径, 并且部分肠道微生物能够通过一系列的衍生化机制将多不饱和脂肪酸转化为具有特殊结构和生理功能的稀有脂肪酸, 如羟基脂肪酸等。本文详细阐明了这种脂肪酸转化衍生机制, 具有这些机制的肠道微生物将是稀有脂肪酸的生产菌株种子库, 为稀有脂肪酸代谢途径的改造提供了丰富的基因元件库, 以增加功能多不饱和脂肪酸生产菌株的来源。
  
  参考文献

  [1] Yun Y, Yin H, Gao Z, et al. Intestinal tract is an important organ for lowering serum uric acid in rats. PLo S One, 2017, 12 (12) :e0190194.
  [2]Peng M, Biswas D. Short chain and polyunsaturated fatty acids in host gut health and foodborne bacterial pathogen inhibition.Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 2017, 57 (18) :3987-4002.
  [3] Sommer F, Bckhed F. The gut microbiota-masters of host development and physiology. Nature Reviews Microbiology, 2013, 11 (4) :227-238.
  [4] Oliveira M R, Nabavi S F, Nabavi S M, et al. Omega-3polyunsaturated fatty acids and mitochondria, back to the future.Trends in Food Science&Technology, 2017, 67:76-92.
  [5]Ward O P, Singh A. Omega-3/6 fatty acids:alternative sources of production. Process Biochemistry, 2005, 40 (12) :3627-3652.
  [6]Murri M, Leiva I, Gomezzumaquero J M, et al. Gut microbiota in children with type 1 diabetes differs from that in healthy children:a case-control study. BMC Medicine, 2013, 1 (1) :46.
  [7]Muhlroth A, Li K, Rokke G, et al. Pathways of lipid metabolism in marine algae, co-expression network, bottlenecks and candidate genes for enhanced production of EPA and DHA in species of Chromista. Marine Drugs, 2013; 11 (11) :4662-4697.
  [8]Pereira S A, Jer2nimo G T, Marchiori N C, et al. Tadpoles fed supplemented diet with probiotic bacterium isolated from the intestinal tract of bullfrog Lithobates catesbeianus:Haematology, cell activity and electron microscopy. Microbial Pathogenesis, 2017, 114:255-263
  [9]Ogawa J, Kishino S, Yonejima Y. Intestinal tract-protecting agent containing hydroxylated fatty acid:United States, US9539229.2017-10-1.
  [10]Ren L J, Zhuang X Y, Chen S L, et al. Introduction of omega-3desaturase obviously changed the fatty acid profile and sterol content of Schizochytrium sp Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2015, 63 (44) :9770-9776.
  [11] Gong Y, Liu J, Jiang M, et al. Improvement of Omega-3docosahexaenoic acid production by marine dinoflagellate Crypthecodinium cohnii using rapeseed meal hydrolysate and waste molasses as feedstock. PLo S One, 2015, 10 (5) :e0125368.
  [12] Galli C, RiséP. Fish consumption, omega 3 fatty acids and cardiovascular disease. The science and the clinical trials.Nutrition&Health, 2009, 20 (1) :11-20.
  [13]Yashodhara B M, Umakanth S, Pappachan J M, et al. Omega-3fatty acids:a comprehensive review of their role in health and disease. Postgraduate Medical Journal, 2009, 85 (1000) :84-90.
  [14]Weaver K L, Ivester P, Seeds M, et al. Effect of dietary fatty acids on inflammatory gene expression in healthy humans. Journal of Biological Chemistry, 2009, 284 (23) :15400-15407.
  [15] Abedi E, Sahari M A. Long-chain polyunsaturated fatty acid sources and evaluation of their nutritional and functional properties. Food Science&Nutrition, 2014, 2 (5) :443-463.
  [16] Harris W. Omega-6 and omega-3 fatty acids:partners in prevention. Current Opinion in Clinical Nutrition&Metabolic Care, 2010, 13 (2) :125-129.
  [17]Brinton E A, Mason R P. Prescription omega-3 fatty acid products containing highly purified eicosapentaenoic acid (EPA) . Lipids in Health and Disease, 2017, 16 (1) :23.
  [18] Simopoulos A P. Evolutionary aspects of diet:the Omega-6/Omega-3 ratio and the brain. Molecular Neurobiology, 2011, 44 (2) :203-215.
  [19] Vanhala M, Saltevo J, Soininen P, et al. Serum omega-6polyunsaturated fatty acids and the metabolic syndrome:a longitudinal population-based cohort study. American Journal of Epidemiology, 2012, 176 (3) :253-260.
  [20]Ter2 S, Barcel2-coblijn G, Benet M, et al. Oleic acid content is responsible for the reduction in blood pressure induced by olive oil. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2008, 105 (37) :13811-13816.
  [21]Guo D S, Ji X J, Ren L J, et al. Improving docosahexaenoic acid production by Schizochytrium sp. using a newly designed highoxygen-supply bioreactor. AIChE Journal, 2017, 63 (10) :4278-4286.
  [22]Ji X J, Ren L J, Nie Z K, et al. Fungal arachidonic acid-rich oil:research, development and industrialization. Critical Reviews in Biotechnology. 2014, 34 (3) :197-214.
  [23]Ogawa J, Sakuradani E, Kishino S, et al. Microbial production of functional polyunsaturated fatty acids and their derivatives.Microbial Production, 2014, 1:207-218.
  [24]Walter J, Ley R. The human gut microbiome:ecology and recent evolutionary changes. Annual Review of Microbiology, 2010, 65 (65) :411-429.
  [25]Besten G D, Eunen K V, Groen A K, et al. The role of shortchain fatty acids in the interplay between diet, gut microbiota, and host energy metabolism. Journal of Lipid Research, 2013, 54 (9) :2325-2340.
  [26] Xie D M, Miller E, Tyreus B, et al. Sustainable production of omega-3 eicosapentaenoic acid by fermentation of metabolically engineered Yarrowia lipolytica. Green Chemistry and Sustainable Technology, 2016, 1:17-33.
  [27]Xue Z, Sharpe P L, Hong S P, et al. Production of omega-3eicosapentaenoic acid by metabolic engineering of Yarrowia lipolytica. Nature Biotechnology, 2013, 31 (8) :734-740.
  [28]Pohndorf R S, CamaraS, Larrosa A P Q, et al. Production of lipids from microalgae Spirulina sp.:Influence of drying, cell disruption and extraction methods. Biomass&Bioenergy, 2016, 93:25-32.
  [29] Guo D S, Ji X J, Ren L J, et al. Development of a scale-up strategy for fermentative production of docosahexaenoic acid by Schizochytrium sp Chemical Engineering Science, 2017, 176:600-608.
  [30] Zhang A H, Ji X J, Wu W J, et al. Lipid fraction and intracellular metabolite analysis reveal the mechanism of arachidonic acid-rich oil accumulation in the aging process of Mortierella alpina. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2015, 63 (44) :9812-9819.
  [31]Ji X J, Zhang A H, Nie Z K, et al. Efficient arachidonic acidrich oil production by Mortierella alpina through a repeated fedbatch fermentation strategy. Bioresource Technology, 2014, 170:356-360.
  [32]Jiang T, Bj9rck L, Fondén R. Production of conjugated linoleic acid by dairy starter cultures. Journal of Applied Microbiology.1998; 85 (1) :95-102.
  [33] Coakley M, Ross R P, Nordgren M, et al. Conjugated linoleic acid biosynthesis by human-derived Bifidobacterium species.Journal of Applied Microbiology, 2003, 94 (1) :138-145.
  [34] Guarner F, Malagelada J R. Gut flora in health and disease.Lancet, 2003, 361 (9356) :512-519.
  [35] Vedantam G, Hecht D W. Antibiotics and anaerobes of gut origin. Current Opinion in Microbiology, 2003, 6 (5) :457-461.
  [36] Khanna S, ToshP K. A clinician's primer on the role of the microbiome in human health and disease. Mayo Clinic Proceedings, 2014, 89 (1) :107-114.
  [37] Guo D S, Ji X J, Ren L J, et al. Development of a real-time bioprocess monitoring method for docosahexaenoic acid production by Schizochytrium sp Bioresource Technologyogy, 2016, 216:422-427.
  [38]Hu X C, Ren L J, Chen S L, et al. The roles of different salts and a novel osmotic pressure control strategy for improvement of DHA production by Schizochytrium sp Bioprocess and Biosystems Engineering, 2015, 38 (11) :2129-2136.
  [39] Khozin-goldberg I, Iskandarov U, Cohen Z. LC-PUFA from photosynthetic microalgae:occurrence, biosynthesis, and prospects in biotechnology. Applied Microbiology and Biotechnology, 2011, 91 (4) :905.
  [40] Plourde M, Cunnane S C. Extremely limited synthesis of long chain polyunsaturates in adults:implications for their dietary essentiality and use as supplements. Applied Physiology, Nutrition, and Metabolism, 2007, 32 (4) :619.
  [41] Macouzet M, Lee B H, Robert N. Genetic and structural comparison of linoleate isomerases from selected food-grade bacteria. Journal of Applied Microbiology, 2010, 109 (6) :2128-2134.
  [42]Liu X, Ji X, Zhang H, et al. Development of a defined medium for arachidonic acid production by Mortierella alpina using a visualization method. Applied Biochemistry and Biotechnology, 2012, 168 (6) :1516-1527.
  [43]Wang C, Yang X, Ma H, et al. Production of eicosapentaenoic acid (EPA, 20:5n-3) in maize (Zea mays L.) through the alternativeΔ8 desaturation pathway mediated by particle bombardment. Acta Physiologiae Plantarum, 2017, 39 (5) :110.
  [44]Ryckebosch E, Bruneel C, Termote-verhalle R, et al. Nutritional evaluation of microalgae oils rich in Omega-3 long chain polyunsaturated fatty acids as an alternative for fish oil. Food Chemistry, 2014, 160 (1) :393-400.
  [45] Louis P, Hold G L, Flint H J. The gut microbiota, bacterial metabolites and colorectal cancer. Nature Reviews Microbiology, 2014, 12 (10) :661-672.
  [46]Harrison L M, Balan K V, Babu U S. Dietary fatty acids and immune response to food-borne bacterial infections. Nutrients, 2013, 5 (5) :1801-1822.
  [47]Shin R, Suzuki M, Morishita Y. Influence of intestinal anaerobes and organic acids on the growth of enterohaemorrhagic Escherichia coli O157:H7. Journal of Medical Microbiology, 2002, 51 (3) :201-206.
  [48]Sun Y, O'riordan M X D. Regulation of bacterial pathogenesis by intestinal short-chain fatty acids. Advances in Applied Microbiology, 2013, 85:93-118.
  [49]Peng M, Aryal U, Cooper B, et al. Metabolites produced during the growth of probiotics in cocoa supplementation and the limited role of cocoa in host-enteric bacterial pathogen interactions. Food Control, 2015, 53:124-133.
  [50]Babu U, Wiesenfeld P, Gaines D, et al. Effect of long chain fatty acids on Salmonella killing, superoxide and nitric oxide production by chicken macrophages. Internat J Food Microbiol, 2009, 132 (1) :67-72.
  [51]Lacharme-lora L, Chaloner G, Gilroy R, et al. B lymphocytes play a limited role in clearance of Campylobacter jejuni from the chicken intestinal tract. Scientific Reports, 2017, 7:45090.
  [52]Garner C D, Antonopoulos D A, Wagner B, et al. Perturbation of the small intestine microbial ecology by streptomycin alters pathology in a Salmonella enterica serovar typhimurium murine model of infection. Infect Immunity, 2009, 77 (7) :2691-2702.
  [53]Sunkara L T, Jiang W, Zhang G. Modulation of antimicrobial host defense peptide gene expression by free fatty acids. PLo S One, 2012, 7 (11) :e49558.
  [54] Willamil J, Creus E, P2rez J F, et al. Effect of a microencapsulated feed additive of lactic and formic acid on the prevalence of Salmonella in pigs arriving at the abattoir. Archives of Animal Nutrition, 2011, 65 (6) :431-444.
  [55] Kepler C R, Tove S B. Biohydrogenation of unsaturated fatty acids iii. purification and properties of a linoleateδ12-cis, δ11-trans-isomerase from butyrivibrio fibrisolvens. Journal of Biological Chemistry, 1967, 246 (16) :5686-5692.
  [56] Kishino S, Takeuchi M, Park S B, et al. Polyunsaturated fatty acid saturation by gut lactic acid bacteria affecting host lipid composition. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2013, 110 (44) :17808-17813.
  [57]Kishino S, Ogawa J, Yokozeki K, et al. Microbial production of conjugated fatty acids. Lipid Technology, 2010, 21 (8-9) :177-181.
  [58]Kishino S, Park S B, Takeuchi M, et al. Novel multi-component enzyme machinery in lactic acid bacteria catalyzing C=C double bond migration useful for conjugated fatty acid synthesis. Biochem Biophys Res Commun, 2011, 416 (1-2) :188-193.
  [59]Kishino S, Ogawa J, Yokozeki K, et al. Linoleic acid isomerase in Lactobacillus plantarum AKU1009a proved to be a multicomponent enzyme system requiring oxidoreduction cofactors.Bioscience, Biotechnology, &Biochemistry, 2011, 75 (2) :318-322.
  [60] Kishino S, Ogawa J, Ando A, et al. Structural analysis of conjugated linoleic acid produced by Lactobacillus plantarum, and factors affecting isomer production. Bioscience, Biotechnology, &Biochemistry, 2003, 67 (1) :179-182.
  [61]Kishino S, Ogawa J, Ando A, et al. Ricinoleic acid and castor oil as substrates for conjugated linoleic acid production by washed cells of Lactobacillus plantarum. Bioscience, Biotechnology, &Biochemistry, 2002, 66 (10) :2283-2286.
  [62] Kishino S, Ogawa J, Ando A, et al. Microbial production of conjugatedγ‐linolenic acid fromγ‐linolenic acid by Lactobacillus plantarum AKU 1009a. Journal of Applied Microbiology, 2010, 108 (6) :2012-2018.
  [63]Kishino S, Ogawa J, Ando A, et al. Conjugatedα--linolenic acid production fromα‐linolenic acid by Lactobacillus plantarum AKU 1009a. European Journal of Lipid Science and Technology, 2003, 105 (10) :572-577.
  [64]Kishino S, Ogawa J, Omura Y, et al. Conjugated linoleic acid production from linoleic acid by lactic acid bacteria. Journal of the American Oil Chemists'Society, 2002, 79 (2) :159-163.
  [65] Ando A, Ogawa J, Kishino S, et al. CLA production from ricinoleic acid by lactic acid bacteria. Journal of the American Oil Chemists'Society, 2003, 80 (9) :889-894.
  [66] Ando A, Ogawa J, Kishino S, et al. Conjugated linoleic acid production from castor oil by Lactobacillus plantarum JCM 1551.Enzyme and Microbial Technology, 2004, 35 (1) :40-45.
  [67] Takeuchi M, Kishino S, Tanabe K, et al. Hydroxy fatty acid production by Pediococcus sp European Journal of Lipid Science and Technology, 2013, 115 (4) :386-393.
  [68]Ogawa J, Kishino S, Ando A, et al. Production of conjugated fatty acids by lactic acid bacteria. Journal of Bioscience and Bioengineering, 2005, 4:355.

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