概览

肠道里的细菌不只是“住在肠道里”,它们还像一座小化工厂,不断产生短链脂肪酸、胆汁酸、色氨酸衍生物、维生素、氧化三甲胺等代谢物。

这些代谢物能直接或间接影响免疫细胞,从而影响炎症、自身免疫、感染和肿瘤等多种疾病。

但它们的作用非常复杂:同一种代谢物,对不同免疫细胞、不同疾病、不同浓度,可能产生不同甚至相反的效果。

  

肠道菌群代谢物主要有哪些?

肠道微生物代谢物大致分为饮食来源和宿主来源两类。

 

短链脂肪酸(SCFAs)

主要包括乙酸、丙酸、丁酸。丙酸和丁酸来自肠道细菌发酵膳食纤维,乙酸也可部分由宿主产生。肠道中 SCFAs 浓度可达约 100 mM,会随菌群组成和膳食纤维含量变化。

菌群与慢病 | 肠道菌群代谢物如何影响免疫?——给患者的科普解读

 

 

胆汁酸

胆固醇在肝脏转化为胆汁酸,再与牛磺酸或甘氨酸结合,分泌入肠。肠道细菌会对胆汁酸进行去结合、再结合、脱羟基、差向异构化、氧化、酰化、硫酸化、糖基化等改造,生成多种次级胆汁酸。

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色氨酸衍生物

肠道细菌可把色氨酸代谢为吲哚及其衍生物,如 I3S、IPA、IAA、ICA 等。这些物质很多是芳香烃受体(AhR)的天然配体。

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维生素

肠道细菌可产生 B 族维生素,如 B1、B2、B3、B5、B6、B7、B9、B12,还可产生维生素 K2 和维生素 C。

 

氧化三甲胺(TMAO)

微生物可把膳食中的胆碱、肉碱或含胆碱磷脂酰胆碱转化为三甲胺(TMA),TMA 进入肝脏后被氧化为 TMAO。

 

长链脂肪酸

包括十五烷酸、棕榈酸、十七烷酸、硬脂酸等。奇链脂肪酸主要由肠道微生物发酵合成。宿主在免疫刺激下也会向肠道分泌不饱和长链脂肪酸,部分可被 Blautia 等共生菌转化为羟基脂肪酸。

菌群与慢病 | 肠道菌群代谢物如何影响免疫?——给患者的科普解读

 

这些代谢物怎样调控免疫?

1. 对先天免疫的影响

 

树突状细胞(DC):DC 是抗原呈递细胞,连接先天免疫和适应性免疫。SCFAs 可抑制 DC 分泌 IL-12,从而抑制 CD8+ T 细胞活化。也可促进 DC 分泌 IL-23、IL-10 和视黄酸,倾向于促进免疫耐受。胆汁酸 DCA 可激活 DC 上的 TGR5,抑制 NF-κB 活化,改善实验性自身免疫性葡萄膜炎。

 

巨噬细胞:BCG 疫苗可改变肠道菌群,增加血中丁酰肉碱,诱导肺部记忆巨噬细胞,增强抗结核能力。TMAO 可促进胰腺癌中肿瘤相关巨噬细胞分泌 I 型干扰素,增强免疫检查点阻断疗效。

 

先天淋巴样细胞(ILC):SCFAs 可促进肠道 ILC 增殖,但过度增殖也可能加重结肠炎。TDCA 可促进 ILC 肠道驻留,改善 DSS 诱导的肠道炎症。GDCA 可促进 ILC3 分泌 IL-22,改善多囊卵巢综合征相关症状。

 

中性粒细胞和 NK 细胞:吲哚衍生物 IAA 在肺炎模型中可通过 AhR 促进中性粒细胞释放 ROS,加重肺损伤。丁酸可促进肝窦内皮细胞表达 CXCL11,增强 NK 细胞浸润肝肿瘤。而次级胆汁酸 GLCA 可减少肝脏 NKT 细胞积累,促进肝癌生长。

 

2. 对适应性免疫的影响

 

CD4+ T 细胞:包括 Th1、Th2、Th17、Treg、Tfh 等。3-oxoLCA 可抑制 Th17 分化,isoalloLCA 和 isoDCA 可促进 Treg 分化,改善结肠炎。SCFAs 也可通过抑制 HDAC 或促进 Foxp3 表达,增加肠道 Treg。叶酸可促进 Foxp3+ Treg 存活,缺乏会增加结肠炎易感性。维生素 B5 可抑制 Th17 分化,缓解结肠炎和实验性自身免疫性脑脊髓炎。

 

CD8+ T 细胞:DCA 可抑制 CD8+ T 细胞释放 IFN-γ 和颗粒酶 B,促进结直肠癌进展。而 3-oxo-Δ4,6-LCA 可增强 CD8+ T 细胞抗肿瘤能力。甲酸、乙酸、丙酸、丁酸等也可通过不同机制增强 CD8+ T 细胞功能。吲哚衍生物 IPA、IAA 也可改善肿瘤浸润 CD8+ T 细胞功能。

 

B 细胞:SCFAs 可增加 B 细胞乙酰-CoA,促进氧化磷酸化和糖酵解,为抗体产生提供能量。低浓度 SCFAs 促进 B 细胞类别转换,高浓度则抑制。SCFAs 还可促进 IL-10 产生 B 细胞(Bregs)分化,改善结肠炎。IAA 可部分通过 AhR 促进 IL-35+ B 细胞积累,有助于抵抗高脂饮食诱导的肥胖。

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(肠道微生物代谢物与宿主免疫细胞之间的相互作用)

 

与哪些疾病有关?

肠道疾病:炎症性肠病、结肠炎等

肿瘤:结直肠癌、肝癌、胰腺癌、黑色素瘤、MB49 肿瘤等

感染:细菌感染、肺炎、结核等

自身免疫和炎症:类风湿关节炎、强直性脊柱炎、自身免疫性肝炎、硬化性胆管炎、银屑病、实验性自身免疫性脑脊髓炎等

代谢和内分泌:II糖尿病、肥胖、多囊卵巢综合征、胰岛素抵抗、代谢综合征、桥本甲状腺炎等

其他:斑秃、尿路感染、过敏性皮炎、慢性疲劳综合征、营养吸收障碍等

 

为什么不能简单“补”某一种代谢物?

同一代谢物对不同免疫细胞作用不同。例如 SCFAs 可增强 CD8+ T 细胞抗肿瘤,但也可通过抑制 DC 抗原呈递削弱 CD8+ T 细胞活化。

同一细胞类型中,代谢物作用可能随浓度变化。低浓度 SCFAs 促进 B 细胞分化,高浓度反而抑制。

同一种代谢物在不同疾病中可能表现不同。例如 I3S 在银屑病中可能加重炎症,ICA 在自身免疫性肝炎中可能缓解炎症。

难以只靶向一种代谢物。肠道微生物和代谢酶高度多样,改变一种代谢物可能影响其他代谢物,非靶向变化可能抵消预期效果。

 

基础研究到临床还有很大差距,目前细菌来源代谢物的实际临床应用仍非常有限。

 

给患者的日常生活指导

1、保证膳食纤维摄入,但个体化调整

丙酸和丁酸来自肠道细菌发酵膳食纤维。SCFAs 可促进 Treg、改善结肠炎、增强 CD8+ T 细胞功能。因此,均衡摄入富含膳食纤维的食物,可能有助于肠道菌群产生有益的 SCFAs。

但如果你有炎症性肠病活动期、肠狭窄、术后等情况,纤维种类和量必须听从医生。

 

2、不要盲目大量补充色氨酸、胆碱、肉碱等单一成分

色氨酸可被菌群转化为吲哚衍生物,有些可能加重炎症,有些可能缓解炎症。胆碱、肉碱是 TMAO 前体,TMAO 在不同疾病中作用不同。没有医生评估,不建议自行大剂量补充。

 

3、关注 B 族维生素和叶酸,但优先从均衡饮食获取

叶酸可促进 Treg 存活,缺乏增加结肠炎易感性。维生素 B5 可抑制 Th17,缓解结肠炎和实验性自身免疫性脑脊髓炎。均衡饮食通常有助于获取 B 族维生素。是否需要补充剂、补多少,应查血后由医生决定。

 

4、避免自行滥用抗生素

万古霉素可杀灭产 SCFAs 的细菌,降低肠道 SCFAs。抗生素会扰乱菌群,必须用时遵医嘱,不要自行购买或停用。

 

5、规律运动,量力而行

运动诱导的微生物代谢物甲酸可增强 CD8+ T 细胞抗肿瘤免疫,高产甲酸菌可模拟运动的部分抗肿瘤效果。

规律运动可能通过菌群代谢物影响免疫,但具体方案要结合心肺功能和疾病状态。

 

6、不要迷信“单一益生菌”或“代谢物补充剂”

同一代谢物作用复杂,且临床转化有限。益生菌、后生元、代谢物补充剂并非人人适用,也可能干扰原有菌群,使用前请咨询医生。

 

7、重视整体饮食模式,而不是单一食物

难以只靶向一种代谢物,非靶向代谢物变化可能抵消效果。与其追逐某一种“好代谢物”,不如保持长期、均衡、多样的饮食模式。

 

8、有免疫相关疾病时,坚持专科随访

如果你有 IBD、自身免疫病、肿瘤、代谢病等,相关代谢物研究仍处于探索阶段。任何饮食、补充剂、益生菌调整,都应告知你的主治医生。

 

结语

肠道菌群代谢物像免疫系统的“方向盘”,而不是简单的“油门”或“刹车”。

短链脂肪酸、胆汁酸、色氨酸衍生物、维生素、TMAO、长链脂肪酸等,都能在不同层面影响先天免疫和适应性免疫。它们与结肠炎、癌症、感染、自身免疫病、代谢病等密切相关。

但科学仍在发展中,同一代谢物可能“帮倒忙”,也可能“做好事”。

对患者来说,最稳妥的做法是:均衡饮食、合理运动、避免滥用抗生素、不盲目补充单一代谢物,并与医生一起制定个体化方案。

参考文献

GUO J, YIN X, WANG K, et al. Gut microbial metabolites and immune-related diseases[J]. Immunity & Inflammation, 2026, 2: 18.