腸道菌群對抗性淀粉的降解機制

王扶香，莫劍慧，胡新中，馬 蓁

（陜西師范大學食品工程與營養科學學院 西安 710119）

1 抗性淀粉的分類及其生理功能

根據淀粉消化速率和程度不同，可將淀粉劃分為快速消化淀粉（RDS，體外消化條件下前20 min 被水解）、緩慢消化淀粉（SDS，在20～120 min內被水解）和抗性淀粉（RS，120 min 后不被小腸消化水解的部分淀粉，繼續進入大腸[1-3]，被定植在大腸內的微生物群完全或部分降解為短鏈脂肪酸等代謝物[4]）。根據植物來源和加工方式不同，可將抗性淀粉細分為以下5 類：1）物理包埋淀粉（RS1）：指因物理屏障作用而不能被小腸酶接近消化的淀粉，主要存在于部分碾磨的谷物和種子中，豆類是RS1 的主要來源[5]。2）天然抗性淀粉顆粒（RS2）：指一些高直鏈淀粉含量的作物中淀粉形成緊密堆積的顆粒結構[6]，限制了消化酶的可及性。RS2 主要存在于青/生香蕉、馬鈴薯和未加工的豌豆中[7]。3）老化回生的淀粉（RS3）：主要是由氫鍵驅動淀粉鏈重結晶形成的產物[8]，存在于重結晶的非顆粒淀粉或加工食品中。4）化學改性淀粉（RS4）：通過不同化學反應，如交聯、酯化、醚化等及引入某些新的化學官能團而獲得的改性抗性淀粉，如淀粉醚、淀粉脂和交聯淀粉[9]。5）直鏈淀粉-脂肪復合物（RS5）：主要指具有鏈狀結構的直鏈淀粉與脂類形成的單螺旋復合物[2，10-11]，也有學者認為可將淀粉-甘油、淀粉-氨基酸、淀粉-多肽、淀粉-蛋白質、淀粉-脂蛋白等自組裝的V 型配合物歸類為RS5[12]。

抗性淀粉多通過與宿主腸道微生物的相互作用來實現其對宿主的健康益處?？剐缘矸蹫槟c道菌群提供生長基質，腸道菌群通過降解抗性淀粉獲取其生長所需的能量[13]。腸道微生物降解抗性淀粉產生的含乙酸、丙酸、丁酸等短鏈脂肪酸代謝物（Short-chain fatty acids，SCFAs）[14]對腸道微生物有一定的調節作用，這些短鏈脂肪酸可以促進有益菌群增殖，抑制有害菌群生長[15-16]，并維持腸道菌群動態平衡[17]。短鏈脂肪酸有助于改善機體的炎癥和氧化應激狀態，強化內臟敏感性，同時促進其它功能[18]。短鏈脂肪酸可以降低結腸內環境的pH 值并促進礦物質的吸收[15-16]；可在不影響正常上皮細胞增殖和分化的情況下，通過誘導結腸癌細胞成熟和凋亡抑制人體結腸癌細胞的增殖，保護結腸健康[19]。此外，短鏈脂肪酸在降低血漿膽固醇濃度和減少心血管疾病發生的風險方面也發揮著一定的作用[20-21]?？剐缘矸郯l酵過程中，可促進腸道蠕動，增加飽腹感，減少能量攝入[22]，促進脂質代謝[15]?？剐缘矸墼谌梭w內緩慢代謝有助于降低宿主血糖水平，降低糖尿病和肥胖癥等疾病發生的風險[23]。據Li 等[24]報道，在紫山藥抗性淀粉對高脂血癥倉鼠的干預實驗中，抗性淀粉的攝入可降低脂肪酸的合成，增加脂肪酸氧化和甘油-磷脂的合成，從而使倉鼠體質量下降；攝入抗性淀粉刺激腸道微生物產生更高水平的短鏈脂肪酸，影響體內脂質代謝作用，抑制脂肪組織擴張，降低肝臟、腎臟質量，修復高脂飲食對盲腸和結腸組織形態學造成的損傷。同時，高劑量抗性淀粉飲食的倉鼠體內高密度脂蛋白膽固醇濃度增加，甘油三酯、總膽固醇和低密度脂蛋白膽固醇濃度減少?？剐缘矸勰茉黾幽c道胰島素及胰高血糖素樣肽含量，減輕炎癥反應，改善運動協調性[25]?？剐缘矸劭捎行Ц纳脾蛐吞悄虿∧Ｐ痛笫笪蓙y的代謝環境，緩解Ⅱ型糖尿病大鼠的病理損傷[26]。在凡納濱對蝦的日糧中添加抗性淀粉可改善其腸黏膜形態，同時提高其消化酶（包括淀粉酶、脂肪酶、胰蛋白酶和胃蛋白酶）和免疫酶（包括酚氧化酶、總抗氧化能力、總一氧化氮合酶和一氧化氮）的活性，以及部分與免疫相關的基因的表達水平（包括酚氧化酶原、抗脂多糖因子、溶菌酶、熱休克蛋白70、硫氧還蛋白、黏蛋白-1、黏蛋白-2、黏蛋白-5AC、黏蛋白-5B 和黏蛋白-19）[27]。也有研究報道抗性淀粉可以直接與免疫系統相互作用，激活免疫反應[28]。此外，有研究發現飼喂抗性淀粉可以提高C57BL/6 雄性小鼠的還原型谷胱甘肽循環水平[29]。谷胱甘肽是一種主要的抗氧化劑，谷胱甘肽的減少與心血管疾病、關節炎、糖尿病和幾種惡性腫瘤有關，患有各種惡性疾病的患者的血漿谷胱甘肽水平顯著降低[29]。此外，基于年輕人群和動物實驗的研究報道，膳食抗性淀粉可有效改善胃腸道健康、葡萄糖耐受量、骨密度以及胰島素敏感性等與衰老相關的指標[30]。

也有部分研究報道了攝入高劑量的抗性淀粉對機體的負面影響，如抗性淀粉發酵過程產生的大量氣體會導致某些人的胃腸道不適和胃腸脹氣[31]。也有報道稱隨著抗性淀粉劑量的增加，與炎癥條件相關的有毒氣體H2S 的濃度也會隨之升高[32]。

2 抗性淀粉的多尺度結構特征

淀粉的多尺度結構模型闡釋了淀粉顆粒內部由分子內/間氫鍵作用集合而成的從微米到納米尺度的多種結構特征[33]，具體包括其顆粒結構（2～100 μm），生長環結構（120～500 nm），止水塞（Blocklets）粒子結構（20～50 nm），層狀結構（9～10 nm），結晶結構（nm）和分子結構（支鏈淀粉和直鏈淀粉鏈，0.1～1 nm）[34]。目前國內外學者針對抗性淀粉的多尺度結構進行了研究，包括顆粒結構[28]、長程/短程有序度、超分子結構（包含簇、螺旋、微晶[35]）、分子質量、聚集態結構[36]、分子鏈結構[36]等?？剐缘矸垲w粒與原淀粉相比，表面較為粗糙[8，37-38]，形狀和大小也發生了顯著性變化。蕎麥抗性淀粉顆粒比原淀粉顆粒更大，且無固定顆粒形狀[39]，鷹嘴豆抗性淀粉顆粒呈多角形或立方形[40]。不同類型的抗性淀粉在形貌結構上也存在一定的差異，如RS2 多數為不規則球形，少數為圓柱形，而RS3多呈類似于海綿結構的較大的膨脹顆粒[8，37-38]。不同來源的RS3 顆粒形狀和大小也有一定的差異[8]。如大米RS3 樣品呈碎片狀和不規則結構，表面褶皺，部分樣品表面出現孔洞狀[41]。歐陽夢云[42]通過超聲波間歇輔助雙酶法和晶種誘導-雙酶法制備的燦米RS3，表面粗糙，凹凸不平，出現“蜂窩”狀結構。而利用壓熱-酶解法制備的蕓豆抗性淀粉結構致密緊實，呈不規則而棱角分明的無定形團塊狀結構，橫斷面呈片層狀結構[43]。油莎豆辛烯基琥珀酸酐淀粉脂（RS4）顆粒與原淀粉顆粒相比無明顯變化，大顆粒呈卵型，小顆粒呈球形，表面光滑清晰，然而也有部分顆粒表面出現了輕微腐蝕和細紋[44]。辛烯基琥珀?；男詼睾偷姆磻獥l件沒有顯著改變木薯淀粉和馬鈴薯淀粉的粒度，木薯RS4 形態與原淀粉相比也沒用發生明顯變化，而馬鈴薯RS4 顆粒表面形成了一些裂紋和氣孔[45]。參薯（Dioscorea alata L.）原淀粉呈橢圓形，表面光滑緊密，而參薯RS3 顆粒呈現出不規則的黏連形（作者推斷這與支鏈淀粉和直鏈淀粉的重結晶有關）；參薯RS4 顆粒因有較多淀粉顆粒發生分解和直鏈淀粉浸出，其表面粗糙且有碎片黏附；參薯RS5 呈塊狀結構，表面也出現碎片狀結構[46]。生姜抗性淀粉呈不規則致密的非晶聚集塊形貌，表面粗糙無規則，呈層狀、條狀，有裂紋，具有B 型晶型[47]。據Zou 等[48]的報道，處于膨大期（山藥的4 個生長階段中的第3 個階段，膨大期在塊莖快速生長的秋季）的天然山藥淀粉（ES-NS）和休眠期（山藥生長的第4 個階段，在冬季）的天然山藥淀粉（DS-NS）與相對應時期的山藥抗性淀粉顆粒在形狀上沒有明顯差異（即顆粒呈多邊形或橢圓形），而膨大期的山藥抗性淀粉表面與休眠期的山藥抗性淀粉相比，顆粒表面更粗糙。

抗性淀粉有A、B、C 以及V 型（復合晶型）4種結晶類型[16，49]。A 型結構主要存在谷物中，B 型結晶大多存在于塊莖和富含直鏈淀粉的淀粉中，C型結晶是A 型和B 型的混合物，主要存在于豆類[48]。據文獻報道，晶型呈A 型的有山藥抗性淀粉[48]、經過發酵的馬鈴薯抗性淀粉、綠豆抗性淀粉、板栗抗性淀粉、錐栗抗性淀粉[50]，以及RS4 型交聯玉米抗性淀粉[51]；呈B 型晶體的抗性淀粉包括綠豆抗性淀粉[50]、豌豆抗性淀粉[8]、馬鈴薯抗性淀粉[50]、玉米抗性淀粉[8]，及美人蕉抗性淀粉[37]。據報道，II 型抗性淀粉包含了B 型或C 型的半結晶淀粉[52]；III 型玉米抗性淀粉常呈現出B 型結晶結構[51]；鷹嘴豆抗性淀粉顆粒在2θ 為17°、20°和22°處呈現出強衍射峰，為典型的C 型結晶結構[50]，壓熱-酶解法制備的蕓豆抗性淀粉晶形結構從原淀粉的A 型轉變為抗酶解性更強的C 型[43]；不同直鏈含量的大米III 型抗性淀粉呈現出B 型或C 型結晶[41]。燦米III 型抗性淀粉顆粒的晶型為B 型或B+V 型[38]。錐栗、板栗抗性淀粉晶型呈V 型結晶結構[50]。而蕎麥抗性淀粉的峰形平緩，半峰寬＞3°，為非晶峰，主要為玻璃體結構[39]。

3 抗性淀粉與腸道微生物

3.1 腸道微生物

人體腸道中寄居著種類繁多的微生物，稱為腸道菌群。腸道細菌組成的龐大而復雜的微生態系統，在維持人體健康方面起重要作用[53]。腸道微生物分屬1 000 多個物種[54]，成人腸道中的微生物數量可達1012～1014個[55]，總質量超過1.5 kg[56]。腸道中有超過300 多萬個細菌基因[57]，是整個人類基因組的至少150 倍[58]。盡管細菌數量（3.8×1013個）和人體細胞數（3.0×1013個）的比值隨著研究的進展從100∶1 到10∶1 更新到接近1∶1，而這絲毫沒有消減微生物區系的生物學重要性[59]。成人胃腸道的微生物可分為細菌（Bacteria）、古菌（Archaea）和真核生物（Euarya）[55]。居住在大腸中的絕大多數微生物是細菌[60]，目前已鑒定出的人體腸道細菌有厚壁菌門（Firmicutes）、擬桿菌門（Bacteroidetes）、變形菌門（Proteobacteria）、梭桿菌門（Fusobacteria）、藍藻菌門（Cyanobacteria）、疣微菌門（Verrucomicrobia）、螺旋藻門（Spirochaeates）、放線菌門（Actinobacteria）、VadinBE97 門、史氏甲烷短桿菌（Methanobrevibacter smithii）等10 大類[17]，其中優勢菌群主要有：1）厚壁菌門，該菌門占菌群總數的60%～65%[58]，包含10 個核心屬：布勞特氏菌屬（Blautia）、丁酸弧菌屬（Butyrivibrio）、糞球菌屬（Coprococcus）、梭菌屬（Clostridium）、優（真）桿菌屬（Eubacterium）、糞桿菌屬（Faecalibacterium）、顫桿菌克屬（Oscillibacter）、玫瑰桿菌屬（Roseburia）、瘤胃球菌屬（Ruminococcus）和鏈球菌屬（Streptococcus）[61]。2）擬桿菌門占菌群總數的20%～25%，主要屬有另枝菌屬（Alistipes）、擬桿菌屬（Bacteroides）、副擬桿菌屬（Parabacteroides）、葉琳單胞菌屬（Porphyromonas）、普雷沃氏菌屬（Prevotella）[58]和臭氣桿菌屬（Odoribacter）[61]。3）變形菌門占菌群總數的5%～10%[58]，該菌門的主要代表有脫硫弧菌屬（Desulfovibrio）、埃希氏菌屬（Escherichia）、克雷伯氏菌屬（Klebsiella）和志賀氏菌屬（Shigella）[61]。4）放線菌門占菌群總數的3%，如雙歧桿菌屬（Bifidobacterium）[61]。

腸道微生物在人體的消化、營養吸收、能量供應、脂肪代謝、免疫調節等方面發揮著重要作用[53]。同時腸道微生物也可以抵御腸道病原體，并調節宿主體內的代謝途徑。腸道微生物失調與多種代謝疾病密切相關，包括肥胖、代謝綜合征糖尿病、結腸癌和炎癥性腸道疾病等胃腸疾病[54]。此外，還有報道稱腸道微生物群紊亂與神經系統性疾病有關[62]。因其規模巨大及維護健康的重要作用，腸道微生物被視為人體內的“新器官”[63]。最近的研究發現腸道菌群的組成受遺傳、飲食習慣和生活方式等諸多因素的影響[41]，而大腸中的絕大多數細菌以糖代謝為主，因此碳水化合物的供應被認為是控制微生物區系組成和代謝活動最重要的營養因素，而以抗性淀粉為代表的膳食纖維可被用于快速改變腸道微生物組成和活性[41]。

3.2 抗性淀粉與腸道微生物的相互作用研究

表1 列舉了國內外研究學者在動物（大鼠[14，64]、小鼠[17，25，29，62，65]、倉鼠[24]、豬[66-67]、肉雞[68]）和人群[20，69]（嬰兒[70]、代謝綜合癥患者[71]、II 型糖尿病患者、慢性腎病患者[72]）受試者中所進行的關于抗性淀粉體內和體外[11，13，70]的實驗概述。在各種動物實驗中，攝入抗性淀粉均引起了腸道微生物群組成的改變[73]?？傮w表現為有益菌群增加和有害菌群減少。研究發現抗性淀粉對腸道菌群的影響主要取決于抗性淀粉來源和類型，以及人類腸道微生物群的個體差異[11]。Li 等[11]在高直鏈玉米淀粉RS2和RS3 的體外發酵試驗中發現，優桿菌科（Eubacteriaceae）和毛螺菌科（Lachnospiraceae）具有類似的促進碳水化合物代謝和轉化功能。不同類型的RS 在體內可選擇性地促進某些結腸菌群增殖。Martínez 等[74]對食用含RS2 和RS4 餅干受試者的糞便微生物進行16S rRNA 多重測序的結果顯示，2 種RS 均引起了糞便微生物種群組成的顯著變化，其中，RS4 增加了放線菌門和擬桿菌門的數量，同時減少了厚壁菌門的數量。在種水平上，RS4增加了青春雙歧桿菌（Bifidobacterium adolescentis）和狄氏副擬桿菌（Parabacteroides distasonis）的豐度，與RS4 相比，RS2 則顯著提高了布氏瘤胃球菌（Ruminococcus bromii）和直腸真桿菌（Eubacterium rectale，E.rectale）的比例。Kleessen 等[64]發現同一菌群對不同類型抗性淀粉的響應程度不同，具體表現為：飼喂改性馬鈴薯抗性淀粉（RS2）的大鼠盲腸中乳酸桿菌（Lactobacilli）、鏈球菌（Streptococci）和腸桿菌（Enterobacteria）的數量顯著高于飼喂天然顆粒馬鈴薯抗性淀粉RS1 的大鼠，作者推測這可能與飼料中淀粉種類有關，飼喂含RS2 的飼料對腸道菌群的刺激作用更強，表明淀粉化學結構的微小修飾有可能改變腸道微生物區系的組成。

表1 腸道菌群對不同類型抗性淀粉的響應情況Table 1 Response of the intestinal flora to different types of resistantstarch

哺乳動物腸道中定居的細菌擁有比宿主更多的降解酶和更強的代謝能力。Herrmann 等[73]利用穩定同位素探針鑒定參與抗性淀粉同化的細菌菌種，發現擬桿菌門、普雷沃氏菌科（Prevotellaceae）和瘤胃菌科（Ruminococcacea）是抗性淀粉的主要同化菌?？剐缘矸凼紫仍诔跫壗到饩啻弘p歧桿菌和布氏瘤胃球菌的作用下降解為一些可溶性底物；接著梭狀芽孢桿菌（Clostridia）如直腸真桿菌或擬桿菌（Bacteroidetes）如多形擬 桿菌（Bacteroides thetaiotaomicron）將這些可溶性淀粉和鏈長較長的低聚糖進一步降解為小分子寡糖[75]。最后，大腸桿菌（Escherichia coli）和羅伊氏乳桿菌（Lactobacillus reuteri）進一步利用釋放出來的葡萄糖等分子質量較小的寡糖。Li 等[11]將糞便樣本培養在添加了抗性淀粉的培養基上培養后發現，優桿菌科、毛螺菌科和瘤胃菌科的碳水化合物代謝和轉運功能顯著性增強。雙歧桿菌科（Bifidobacteriaceae）淀粉代謝能力提高，同時，還觀察到戊糖磷酸途徑相關的類群也得到特異性富集。然而目前關于各菌群對抗性淀粉的作用機制尚不明確。

淀粉是一種分子質量較大的聚合物，在酶的作用下淀粉從細胞表面開始分解，并在酶的持續作用下逐漸裂解成葡萄糖、麥芽糖或者麥芽寡糖。據文獻報道，在糖苷水解酶家族（Glycoside hydrolase，GH）中，GH3、GH13、GH14、GH15、GH57、GH119及GH126 與淀粉的降解有關[76]。其中，GH13 酶是腸道細菌中含量最豐富的酶之一，與淀粉的初始降解菌有關[77]。腸道細菌降解淀粉的機制主要取決于細菌細胞的生理特性和細菌所降解的淀粉類型。根據目前的研究報道，同時結合相關腸道菌群中淀粉活性酶的結構和功能，下文將對幾種重要的具有抗性淀粉降解能力的腸道菌群進行綜述。

4 布氏瘤胃球菌對抗性淀粉的降解作用

布氏瘤胃球菌在腸道菌群中占有較大的比例，布氏瘤胃球菌對抗性淀粉的響應明顯[81]。有研究表明，布氏瘤胃球菌可以利用抗性淀粉[82]，是抗性淀粉酵解過程中的關鍵初始微生物[83]。布氏瘤胃球菌對抗性淀粉具有高度專一性，可形成一種專用于降解抗性淀粉的保守胞外淀粉樣復合體[84]，這種淀粉樣復合體是一種多酶復合物，可通過將多肽錨定到支架蛋白上的Dockerin-Coherin 蛋白結合域上，從而將碳水化合物的結合功能和酶功能綁定在一起[85]。布氏瘤胃球菌可通過這種細胞壁的錨定作用和“淀粉樣復合體”的酶解作用聯合對抗性淀粉進行利用與降解[85]。布氏瘤胃球菌在培養基中可將RS2 和RS3 分解為葡萄糖和麥芽糖[10]。布氏瘤胃球菌L2-63 基因編碼的21 個糖苷水解酶（GHs）中有15 個屬于淀粉水解酶GH13[86]。其中，GH13 基因在人類分離菌株之間具有顯著保守性（在氨基酸水平上有90%～100%的同源性）[84]，在高RS2 濃度下淀粉降解酶家族GH13、GH77 相關的糖苷水解酶以及GH13 的特定多糖結合模塊均得到不同程度的升高[32]。據Mukhopadhya 等[84]的研究報道，4 株來自人體糞便的布氏瘤胃球菌菌株（L2-63，L2-36，5AMG，及ATCC 27255）都表現出較強的RS 降解能力。

Walker 等[87]對14 名超重男性的飲食和24 h糞便收集物進行分析，發現在接受高劑量RS3 飲食時，有2 名志愿者有超過60%的RS 未被發酵（分別為69%和65%），而其它12 名志愿者只有少于4%的RS 未被發酵，通過qPCR 檢測，這2 位志愿者糞便菌群中的布氏瘤胃球菌數量較低。Ze 等[10]發現給上述1 名低RS 發酵志愿者的混合糞便細菌中添加布氏瘤胃球菌后，則可進一步提高RS3的體外發酵程度。Ze 等[10]的研究還發現，將布氏瘤胃球菌分別與多形擬桿菌、青春雙歧桿菌、直腸真桿菌共同培養后，RS2 與RS3 的利用率顯著提高（與每種菌株單一培養相比），證明布氏瘤胃球菌在刺激其它3 種菌對RS2 和RS3 利用方面的重要作用，也進一步表明布氏瘤胃球菌強大有效的酶系統，具有可使底物分解為可供其它菌群利用的功能[10]。Mukhopadhya 等[88]發現，將布氏瘤胃球菌L2-63、布氏瘤胃球菌L2-36、布氏瘤胃球菌ATCC 27255、布氏瘤胃球菌5AMG 和布氏瘤胃球菌YE282 在含RS 的M2 培養基中培養48 h 后，RS2 的總糖消失率約為77%～89%，而RS3 的總糖消失率為71%～87%。

5 雙歧桿菌對抗性淀粉的降解作用

雙歧桿菌（Bifidobacterium）是人類腸道中最初的定居者之一[89]，是放線菌門革蘭氏陽性菌的代表[90]，雙歧桿菌中，青春型雙歧桿菌是成人大腸中最大的居民群之一[91]。雙歧桿菌作為抗性淀粉的主要降解者[10，75，92]，主要參與淀粉和蔗糖代謝途徑及磷酸戊糖代謝途徑[11]。

根據動物模型和人類受試者試驗報道，腸道雙歧桿菌的數量與宿主所攝入的抗性淀粉密切相關[93]。攝入抗性淀粉可顯著促進雙歧桿菌的增殖，飼喂玉米抗性淀粉4 周后，大鼠糞便中的雙歧桿菌活菌數【（10.42±0.60）lg CFU/g 糞便】較對照組【（9.21±0.65）lg CFU/g 糞便】增加了1.2 lg CFU/g[94]。Zhang 等[79]研究發現，經純化的蓮子抗性淀粉可促進青春雙歧桿菌的生長，提高丁酸的產量。據Bouhnik 等[95]的報道，每天攝入10 g 抗性淀粉的志愿者糞便中雙歧桿菌數量從開始接受RS 時的（7.41±0.37）lg CFU/g 增加到（9.43±0.49）lg CFU/g（接受治療7 d）。攝入馬鈴薯抗性淀粉使受試者糞便中雙歧桿菌/青春雙歧桿菌/斯特氏雙歧桿菌的相對豐度增加了6.5 倍（P＜0.001）[96]。一項分別以2%馬鈴薯抗性淀粉和綠豆抗性淀粉為碳源的體外發酵試驗的發酵液中，雙歧桿菌數量達8.07×107個/mL（馬鈴薯抗性淀粉）和2.1×108個/mL（綠豆抗性淀粉），以1%的錐栗抗性淀粉和板栗抗性淀粉為碳源的發酵液中，雙歧桿菌數量分別為1.39×108個/mL 和1.87×108個/mL[97]。有研究發現不同含量的蕎麥抗性淀粉對糞便中雙歧桿菌的增殖有一定的促進作用，相對而言，較高劑量組的促進效果更加顯著，最高數量可達到7.6×108個/mL[98]。據孫永康[99]的報道，鷹嘴豆抗性淀粉樣品能促進雙歧桿菌增殖，并且比低聚果糖能更早的促進雙歧桿菌增殖，而發酵后期對雙歧桿菌的增殖效果不如低聚果糖。騫宇[100]的研究發現，不同種類（RS2、RS3、RS4）及不同含量（5%，10%，15%）的抗性淀粉試驗組均能促進雙歧桿菌和乳酸桿菌的生長增殖。其中RS3 各含量組與RS2 和RS4 組相比，對雙歧桿菌生長增殖的促進作用均更顯著；同一類型RS 組中，10%含量的RS 對雙歧桿菌和乳酸桿菌的生長增殖的促進效果優于5%和15%的含量組。據Turroni 等[101]報道，在單獨培養時，兩歧雙歧桿菌 PRL2010（Bifidobacterium bifidum PRL2010）在RS2 基質上未表現出顯著的生長增殖，然而將兩歧雙歧桿菌PRL2010 與短雙歧桿菌12L（Bifidobacterium breve 12L），青春雙歧桿菌22L 或嗜熱雙歧桿菌JCM1207（Bifidobacterium thermophilum JCM1207）共培養時，可以顯著提高兩歧雙歧桿菌PRL2010 的數量。同時，兩歧雙歧桿菌PRL2010 與青春雙歧桿菌22L 或短雙歧桿菌12L 在含RS 的MRS 上共同培養時，細胞數量分別增加了約3 或4 倍，表明雙歧桿菌菌株具有交叉攝食能力。當青春雙歧桿菌22L 和JCM1207共同培養時，葡萄糖和麥芽糖的消耗增大1 倍，且共培養時醋酸鹽和乳酸的產量也較單一菌落培養時增加了2 倍。

青春雙歧桿菌是RS2 的主要降解菌，可以在以RS2 為唯一碳源的培養基上生長[6]。表面粗糙且晶體結構完善的RS 為青春雙歧桿菌提供了更好黏附條件和生長底物，有助于促進雙歧桿菌的耐受性和增殖能力[102]。Jung 等[103]的研究發現，將青春雙歧桿菌P2P3 與抗性淀粉共孵育48 h 后，抗性淀粉顆粒分解消失，細菌接種后，分散的RS 顆粒開始形成凝結團。降解過程中，在RS 顆粒群周圍觀察到大量的細胞，青春雙歧桿菌P2P3 對RS的利用率達63.3%。青春雙歧桿菌P2P3 與未糊化的RS2 共培養后，可檢測到葡萄糖、麥芽糖和麥芽三糖等還原糖的存在[104]。同時，在該菌株的基因組中發現了19 個編碼α-葡聚糖底物的活性淀粉水解酶基因，作者認為這些淀粉酶可能直接或間接參與抗性淀粉顆粒降解以及從抗性淀粉顆粒降解為小分子糖的過程。該學者推斷其中有3 種酶包括α-淀粉酶、糖原去分支酶和普魯蘭酶含有碳水化合物結合模塊，均參與到了酶和底物的結合的過程中[103]。在青春雙歧桿菌的基因組中鑒定出3種酶（RSD1、2、3），比較基因組學結合酶學試驗證實RSDs 可能是雙歧桿菌在特定的生態位（人類腸道）中降解RS 的關鍵酶[93]。

降解抗性淀粉的雙歧桿菌有多個預測的細胞表面GH13。多模塊的GH13 酶包含多個CBM（Carbohydrate-binding modules，碳水化合物結合模塊），其中至少有1 個酶包含CBM74[75]。CBM74可以與顆粒狀淀粉特異性結合，增強α-淀粉酶降解抗性淀粉的能力，同時，CBM74 也可能通過與淀粉顆粒結合來輔助GH13α-淀粉酶降解抗性淀粉[105]。大多數CBM74 家族來源于人類腸道雙歧桿菌的α-淀粉酶[105]。且在哺乳動物腸道雙歧桿菌α-淀粉酶中的相對豐度較高，是哺乳動物胃腸道中降解抗性淀粉的關鍵所在[105]。

6 其它腸道菌群對抗性淀粉的應答

除了上述2 種抗性淀粉初始降解菌外，抗性淀粉完全降解和發揮生理功能還需要其它菌群的協同作用?？剐缘矸墼诔跫壗到饩际狭鑫盖蚓颓啻弘p歧桿菌的作用下開始降解，初級降解菌改變了淀粉的顆粒結構，并釋放出一些可被其它菌群利用的可溶性底物，如葡萄糖、麥芽低聚糖，以及一些可溶性淀粉。葡萄糖、麥芽寡糖可以支持羅伊氏乳桿菌、大腸桿菌和多形擬桿菌的生長。而初級降解菌降解抗性淀粉產生的可溶性淀粉被直腸真桿菌或者多形擬桿菌獲取利用[75]。Jung 等[104]的研究證實，多形擬桿菌（ATCC 29148）不能降解RS2 卻具有降解可溶性淀粉的能力，可在含0.5%的可溶性淀粉的培養基中生長良好。將其和青春雙歧桿菌P2P3 共同培養時，抗性淀粉降解率（24 h：9%；36 h：42%）顯著低于較單獨培養青春雙歧桿菌時RS 的降解率（24 h：22%；36 h：55%），表明多形擬桿菌ATCC 29148 生長需要青春型雙歧桿菌P2P3 釋放的寡糖作為養料。而隨著多形擬桿菌ATCC 29148 的生長，青春型雙歧桿菌P2P3 的相對比例下降，導致抗性淀粉降解率隨之下降。而直腸真桿菌可以附著在淀粉顆粒上，促使淀粉顆粒接近布氏瘤胃球菌，在布氏瘤胃球菌的作用下，抗性淀粉暴露出可被直腸真桿菌接觸到的無定形區域，并釋放出能被直腸真桿菌攝取的初級產物[106]。在次級降解菌的作用下，初級降解產物被發酵為短鏈脂肪酸并發揮其生理功能[75]。

結腸微生物和腸道之間重要相互作用關鍵在于結腸上皮細胞中短鏈脂肪酸代謝[107]。乙酸是腸道內含量最豐富的短鏈脂肪酸[108]，由丙酮酸經乙酰輔酶A 或Wood-Ljungdahl 途徑產生[109]，擬桿菌屬、雙歧桿菌屬、真桿菌屬、瘤胃球菌屬、消化鏈球菌屬、梭菌屬和鏈球菌屬均可產生乙酸[110]。大部分乙酸被吸收后進入血液，在肌肉、脾臟、心臟和腦組織內代謝[111]；丙酸是擬桿菌屬發酵的主要產物，可以通過琥珀酸途徑、丙烯酸途徑和丙二醇途徑產生[109]，其作為糖異生的底物，能降低膽固醇活性，刺激瘦素釋放[112]；直腸真桿菌和腸道菌群的其它成員產生的丁酸是初級發酵的終產物[113]，也是結腸細胞的主要能量來源[114]，可以促進上皮細胞發育[108]，并在多種炎癥性腸道疾病的預防和治療中發揮著重要作用。一些疾?。ㄈ鐫冃越Y腸炎、克羅恩病、糖尿病等）患者的腸道中，丁酸產生菌的豐度明顯低于健康人群[113]。此外，丁酸有提高胰島素敏感性，抑制結腸癌細胞的生長，誘導分化腸上皮細胞，刺激細胞骨架形成及改變基因表達等作用[108]。乳酸桿菌可以發酵抗性淀粉產生乙酸、丙酸和丁酸，這些短鏈脂肪酸已被證明具有降低糖尿病風險，降低血清膽固醇，改善通便，預防結腸癌和促進有益菌群生長等益生作用[115]。值得一提的是，一些微生物如厭氧菌屬（Anaerostipes spp）、霍氏真桿菌（Eubacterium hallii）可以利用乳酸和乙酸合成丁酸，從而阻止乳酸蓄積并維持腸道內環境穩定[109]。

7 結語

腸道菌群被視為人體內的“新器官”，在維持機體健康方面發揮著重要作用?？剐缘矸圩鳛槟c道菌群在營養物質、初級降解菌和次級降解菌的協同作用下，被降解為短鏈脂肪酸等產物，短鏈脂肪酸是腸道微生物群和宿主健康之間的關鍵信號分子?？剐缘矸奂捌浒l酵產物對人體有降血糖，降低膽固醇，預防肥胖，促進礦物質吸收，防止腹瀉，預防膽結石，改善代謝紊亂，減緩慢性疾病發展等諸多健康益處。腸道微生物對抗性淀粉的降解作用一直備受學者關注。然而目前研究多停留在揭示分類學和功能反應階段，關于腸道菌群對抗性淀粉的降解機制，尤其是已知初級降解物及特定的次級降解物之間的相互作用，還有待深入研究。