维生素调控肠道菌群代谢活性：基于体外批量发酵模型的短链脂肪酸产生机制研究

本刊推荐：为探究维生素对肠道菌群代谢功能的直接调控作用，研究团队通过体外批量发酵模型，系统评估水溶性（B族、C）与脂溶性（A、D、E、K）维生素及组合对混合纤维发酵中短链脂肪酸（SCFA）生成的影响。结果显示维生素C及抗氧化混合物显著促进丁酸盐（butyrate）产量（p<0.001），提示维生素可能通过调节氧化还原电位优化菌群代谢环境，为营养干预肠道健康提供新视角。

　　

在人体健康的复杂拼图中，肠道微生物群近年来已成为一颗璀璨的核心拼块。这些数以万亿计的微生物不仅参与消化吸收，更通过其代谢产物与宿主免疫、代谢甚至神经系统发生深刻互动。其中，短链脂肪酸（SCFA）——尤其是丁酸盐（butyrate）——作为肠道菌群发酵膳食纤维的主要产物，已被证明具有抗炎、维持肠道屏障完整性及调节能量代谢等多重功能。然而，究竟是什么因素在精细调控这些有益代谢物的产量，仍是科学家们迫切希望解开的谜题。

维生素作为人体必需的微量营养素，传统上被认为主要参与宿主细胞的生化反应。但新兴证据表明，它们可能直接或间接地影响肠道菌群的组成与功能。尽管已有研究提示维生素与微生物群存在关联，但关于各类维生素如何单独或协同调节菌群代谢活性——特别是短链脂肪酸的产生——仍缺乏系统性的实证研究。正是在这一背景下，R. Halim、L. Evans、K. Gerasimidis 和 A. Koutsos 团队开展了这项精细的体外研究，旨在揭示维生素对肠道微生物代谢的直接影响，其成果发表于《Proceedings of the Nutrition Society》。

研究者采用了一项关键的技术方法：体外批量培养发酵模型。该模型通过模拟结肠条件（酸碱度pH 7、温度37°C、厌氧环境），能够精确控制营养底物和维生素的添加，从而排除宿主因素的干扰，直接观察微生物群的代谢响应。研究使用12名健康成年人（女性7名，平均年龄36±7岁，体重指数BMI 25.5±3.51 kg/m²）的粪便样本作为微生物来源，每份样本分别与混合纤维（苹果果胶、菊粉、α-纤维素和高抗性玉米淀粉各200 mg）及不同维生素或维生素组合进行培养。维生素添加量设定为参考营养素摄入量（RNI）的200%，以考察超营养剂量下的效应。发酵持续24小时后，采用气相色谱法对短链脂肪酸进行定量分析，并通过配对T检验比较各维生素处理组与仅含混合纤维的对照组之间的差异。

维生素C单独及组合显著促进丁酸盐生产

研究结果显示，在混合纤维存在的情况下，添加维生素C使丁酸盐产量显著升高至9.27±2.02 μmol/ml（p<0.001），而对照组为6.59±1.61 μmol/ml。类似地，抗氧化混合物（含维生素A、B₂、C、E）、所有水溶性维生素组合以及全部维生素联合添加也显著提高了丁酸盐水平（分别为9.16±2.36、8.88±2.23和10.02±2.19 μmol/ml，均p<0.001）。这些发现表明，维生素C可能是驱动丁酸盐增产的关键因子，且其效应在与其他抗氧化维生素协同作用下更为显著。

乙酸水平轻微降低，总短链脂肪酸稳定

值得注意的是，在丁酸盐增产的同时，乙酸（acetate）浓度出现了适度但显著的下降。与对照组的23.77±3.32 μmol/ml相比，维生素C、抗氧化混合物、水溶性维生素组合和全维生素组分别使乙酸降至22.12±3.49（p=0.004）、21.46±4.07（p=0.014）、22.15±4.04（p=0.028）μmol/ml。然而，总短链脂肪酸浓度在所有处理中均未发生显著变化，提示维生素可能引导微生物代谢流从乙酸向丁酸盐转移，而非整体增强发酵效率。

脂溶性维生素单独作用不显著

相比之下，大多数脂溶性维生素（A、D、E、K）及部分B族维生素（如B₁、B₅、B₆、B₇）单独添加未对短链脂肪酸谱产生显著影响。这一结果突显了维生素作用的特异性，并非所有维生素均直接参与微生物代谢路径的调节。

综上所述，本研究通过严谨的体外实验证明，维生素C及其抗氧化协同组合可特异性增强肠道微生物对纤维的丁酸盐产出，同时适度抑制乙酸生成。这种代谢偏移可能源于维生素对氧化还原电位的调控，从而创造更利于丁酸盐产生菌（如Faecalibacterium prausnitzii或Roseburia spp.）活动的厌氧环境。尽管该结论仍需在体内试验中验证，但这项研究为营养学提供了重要启示：维生素不仅是宿主必需的营养素，更是潜在的微生物组调节剂。未来研究若能阐明维生素与特定菌株的互作机制，将为开发针对肠道生态的精准营养策略开辟新途径。