短链脂肪酸的检测方法、生理作用及其与疾病的相关性研究

短链脂肪酸是肠道内的微生物对膳食纤维进行发酵的产物，主要包括乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、异戊酸、己酸和异己酸等。该物质在人体的肠道内多以离子的形式存在，主要通过转运体被肠道吸收和利用。该物质可促进细胞的生长，改善肠道的功能，影响心血管的代谢，并具有抗炎、抗肿瘤及免疫调节等作用。目前，临床上对短链脂肪酸的研究还有很多不足。本文对短链脂肪酸的检测方法、生理作用及其与人罹患糖尿病、结肠病、高血压、肥胖及肝癌等疾病的关系综述如下。

1　短链脂肪酸的检测方法

1.1　用气相色谱法进行检测

短链脂肪酸中含有羧基，其极性较大，可与气相色谱柱产生吸附作用，从而可影响色谱柱的重现性。因此，在用气相色谱法对短链脂肪酸进行检测前，需先对其进行衍生化。气相色谱中常见的衍生化试剂有 BF3- 甲醇、五氟苄基、苄基溴、N-（叔丁基二甲基硅烷基）-N- 甲基三氟乙酰胺及 1-（叔丁基二甲基硅烷基）咪唑等。进行气相色谱检测常用的检测器为氢离子火焰检测器，但由于待检的生物样品中短链脂肪酸的含量较低，故使用串联质谱可显著提高检测器的检测能力。江振作采用顶空 - 气相色谱 - 质谱联用法（HS-GC-MS）分析 Beagle 犬脑脊液、血浆及粪便样本中短链脂肪酸的种类，其在 Beagle 犬的脑脊液和血浆中共检测到 7 种短链脂肪酸，在 Beagle 犬的粪便中共检测到 8 种短链脂肪酸。

1.2　用高效液相色谱法进行检测

高效液相色谱法具有检测条件温和、检测结果的准确度高等特点。但由于短链脂肪酸的化学结构中缺乏具有紫外吸收或产生荧光的基团，故需先将其衍生化，再对其进行检测。常用的紫外衍生试剂有苄基、对硝基苄基、对 -甲硫代苄基、苯甲酰甲基、对 - 溴苯甲酰甲基及对 - 苯偶氮苯甲酰甲基等。常见的荧光衍生试剂有香豆素、重氮甲烷、喹啉及苯并酰肼等。闫晨用衍生化试剂将人和小鼠粪便样品中的短链脂肪酸转化成肼盐后，采用高效液相色谱法测定其中乙酸、丙酸、丁酸、戊酸的含量。其研究结果证实，该检测方法的准确度高、重现性好，但对短链脂肪酸进行衍生化的操作繁琐。

1.3　用毛细管电泳法进行检测

毛细管电泳法具有操作简便、快速、检测条件温和等特点。临床上常用毛细管电泳 - 紫外和毛细管电泳 - 荧光对生物样品中短链脂肪酸的含量进行检测。毛细管电泳中常见的衍生化试剂有 4- 氨基荧光素、5- 溴甲基荧光素、4-巯基 -7- 甲巯基 -2，1，3- 苯并氧二唑、7-（N，N- 二甲氨基磺酰）-4-N-（4-N- 氨基乙基）哌嗪 -2，1，3- 苯并氧二唑等。毛细管电泳 - 紫外检测法能够分离大范围的短链脂肪酸，但其灵敏度较低。毛细管电泳 - 荧光检测法的灵敏度较高，但其分离范围较窄。Zurigue用毛细管电泳 -紫外法成功地分离了 C5-C18 的脂肪酸。

总之，用气相色谱法、液相色谱法及毛细管电泳法等方法对短链脂肪酸进行检测均存在一定的局限性。笔者认为，要想使短链脂肪酸检测过程的分析时间、操作难度、试剂消耗情况及灵敏度等要素达到最优，可使用气 - 质联用法对生物样品中短链脂肪酸的含量进行定性分析，使用气相色谱法对短链脂肪酸进行定量分析。

2　短链脂肪酸的生理作用

2.1　为人体提供能量

在人体的肠道中，短链脂肪酸可被肠上皮细胞所吸收，在线粒体内进行 β- 氧化，并为结肠细胞、黏膜上皮细胞及肌肉等提供能量。短链脂肪酸中乙酸、丙酸和丁酸是主要的能量来源，其所提供的能量约占人体所需能量的 5%～15%，占正常结肠上皮细胞所需能量的60%～70%。

2.2　维持水电解质的平衡

Rabbani为家兔灌注短链脂肪酸后，家兔结肠中水分的分泌量显著减少。其实验结果显示，短链脂肪酸中的丁酸可减少家兔体内 Na+、K+、Cl －的分泌量，丙酸可减少家兔体内 HCO3 －的分泌量，乙酸可抑制家兔体内 Na+、Cl －的分泌。因此，短链脂肪酸可减少由 CT 诱导的家兔近端结肠中水电解质的分泌量，从而有利于维持家兔机体中水电解质的平衡。

2.3　是保护肠黏膜的屏障

有研究结果表明，短链脂肪酸可增加肠道黏膜的厚度，促进肠道上皮细胞的增殖和分化，促使肠道上皮细胞紧密连接蛋白的合成，抑制肠道的通透性，从而可增强肠黏膜的机械屏障功能。短链脂肪酸还可营养免疫细胞，促进黏蛋白的分泌，润滑肠道，减少致病菌在肠道黏膜上的黏附。另外，短链脂肪酸可通过增加肠道跨上皮电阻，增强肠道的化学屏障功能。

2.4　调节肠道内的 pH 值

短链脂肪酸是肠道内的主要阴离子，可降低肠道内的pH 值，促进肠道内益生菌的生长和增殖，抑制特定病原菌的繁殖。肠道内短链脂肪酸的浓度升高，肠道内的 pH 值可降低，从而可抑制大肠埃希菌属、沙门菌等致病菌或条件致病菌的生长。

2.5　刺激胃肠激素的分泌

短链脂肪酸可增加胃泌素、胃动素的分泌量，进而可促进胃酸的分泌、胃排空及消化道黏膜的生长 [22]。另外，短链脂肪酸可直接促进胰高血糖素和胰岛素的分泌。

3　短链脂肪酸与疾病的关系

3.1　短链脂肪酸与糖尿病的关系

Mario利用非肥胖型糖尿病小鼠模型研究短链脂肪酸在糖尿病等自身免疫性疾病中的作用。其给对照组小鼠喂食普食，给模型组小鼠喂食添加了短链脂肪酸的食物。喂食后，模型组小鼠粪便、肝脏和外周血中乙酸和丁酸的浓度均升高。与对照组小鼠相比，模型组小鼠胰岛素炎和糖尿病的发病率均显著降低。该实验结果表明，添加了短链脂肪酸的饮食可能对糖尿病大鼠具有保护作用。

3.2　短链脂肪酸与结肠病的关系

Sun M的研究发现，由肠道菌群失调导致的短链脂肪酸含量下降与结肠病的发病有关。西方国家的饮食习惯易引起人们体内微生物丰度的改变，减少短链脂肪酸的生成，从而可增加其罹患结肠炎的风险。Gonçalves P的研究发现，短链脂肪酸中的丁酸可直接作用于肠道黏膜中的免疫细胞，增加 Treg 的数量和活性，并可抑制中性粒细胞、巨噬细胞、树突细胞和效应 T 细胞的活性。Ming S[28] 的实验结果显示，GPR43 是短链脂肪酸的受体之一，可诱导激活 Th1 中 STAT3 和 mTOR 的通路，上调转录因子 Blimp-1的表达，从而可促使 Th1 生成 IL-10，缓解小鼠结肠炎的症状。

3.3　短链脂肪酸与高血压的关系

Pluznick J L的研究发现，短链脂肪酸至少可与 2 种受体、多种细菌及宿主组织相互作用，以调节血压的水平。其中一种作用方式是与宿主体内的 GPCRs（包括 GPR41 和OLFR78 等 G 蛋白偶联受体）相互作用。被敲除 OLFR78的小鼠会出现低血压的现象，被敲除 GPR41 的小鼠会出现高血压的现象。不过，这两种受体的 EC50 不同。GPR41的 EC50 相对较低，在基础浓度的短链脂肪酸中可部分活化，故有利于降低宿主的血压。OLFR78 的 EC50 相对较高，只有当短链脂肪酸的浓度显著升高时，其才会被激活。因此，可将 OLFR78 作为 GPR41 的“安全制动阀”，防止在短链脂肪酸的浓度不当升高时，使宿主的血压水平下降。

3.4　短链脂肪酸与肥胖的关系

研究发现，短链脂肪酸一方面可促进机体获取能量，导致肥胖的发生，一方面可通过增加能量的消耗，刺激饱足激素的产生，预防肥胖的发生。短链脂肪酸中的乙酸和丙酸可通过减少细胞内脂肪的分解、增加脂肪的生成来改善脂肪组织的脂质缓冲能力，并可直接降低脂肪组织源性促炎细胞因子和趋化因子的分泌量。另外，乙酸和丁酸还可以 AMPK 依赖的方式或通过改变肌肉纤维的氧化状态来抑制局部脂肪的氧化，从而可提高机体利用脂质和碳水化合物的能力。

3.5　短链脂肪酸与肝癌的关系

Singh的研究发现，肠道菌群失调的 T5KO 等免疫缺陷小鼠长期吃富含可溶性纤维的饲料可发生胆汁淤积、肝脏炎症和黄疸型肝癌等病症。而且，这种由富含可溶性纤维的饲料诱导的黄疸型肝癌可通过肠道菌群的移植，导致野生型小鼠发病。野生小鼠长期吃富含菊粉的高脂饲料可发生菌群失调的现象，从而可增加其黄疸型肝癌的发病率。通过抑制小鼠肠内的发酵物生成短链脂肪酸、削减其肠内发酵物中细菌的数量、不让小鼠吃富含可溶性纤维的饲料，或抑制其机体再吸收胆汁酸，可预防其发生黄疸型肝癌。

4　小结

短链脂肪酸的化学成分复杂、生理作用多样，对多种疾病具有调控的作用。近年来，医学界对短链脂肪酸的研究逐渐增多，并取得了一定的进展。这些研究成果为开发和利用短链脂肪酸提供了理论依据。但目前，关于短链脂肪酸仍存在很多悬而未决的问题，如其在治疗相关疾病方面的作用机制、其临床应用及其含有的生物活性成分等。相信在不远的将来，这些问题均可被一一解决。