引言
肠道氧化还原稳态是维持宿主健康和肠道菌群平衡的关键生理因素。在健康生理条件下，人类结肠管腔维持高度还原状态（氧化还原电位通常为 ?360 mV）和严格厌氧环境（Even, Minderhoud, Torfs, et al., 2025），这有利于有益专性厌氧细菌的定植和代谢，主要属于拟杆菌门和厚壁菌门（Litvak, Byndloss, & B?umler, 2018）。氧化还原稳态是亲电子和亲核信号之间的动态平衡，由内源性酶、氧气浓度梯度以及 NAD(H)/NAD+ 和 GSH/GSSG 等多种氧化还原对协同调节（Sies, Mailloux, & Jakob, 2024）。然而，饮食模式、免疫炎症反应和环境污染物等各种因素可诱导氧化还原稳态失调（Bao, Osowiecka, Ott, et al., 2025; Braunstein, Motohashi, Dallenga, Schaible, & Benhar, 2025; Kurhaluk, Kamiński, & Tkaczenko, 2025）。随着电子受体（如氧气和硝酸盐）水平的异常增加，氧化环境会选择性地抑制专性厌氧菌的生长，同时促进耐氧兼性厌氧菌。这种菌群失调往往会加剧全身代谢紊乱（Dam, Misra, & Banerjee, 2019）。
作为调节肠道菌群的关键膳食因素，抗性淀粉（RS）的生物效应与其氧化还原微环境密切相关。高直链淀粉玉米淀粉（HAMS）是一种典型的 II 型 RS，具有独特的晶体结构，能抵抗小肠酶的消化。因此，它以完全或部分未消化的形式到达结肠，在那里肠道菌群有效地利用它进行厌氧发酵。该过程产生包括乙酸、丙酸和丁酸在内的代谢副产物，即短链脂肪酸（SCFAs）（Throat & Bhattacharya, 2025）。这些代谢物通过多种途径有益于肠道和全身健康；例如，它们为结肠上皮提供能量，维持肠道屏障完整性，调节菌群组成和黏膜免疫，并有助于宿主代谢调节（Fusco, Lorenzo, Cintoni, et al., 2023）。然而，HAMS 发酵效率和代谢模式不仅取决于底物，还取决于发酵系统的电子传输和氧化还原状态。微生物能够调节自身代谢以适应环境压力（?ncili et al., 2025）。Zhang 等人（2025）报道，在体外系统中添加花青素以降低氧化还原电位，可通过直接调节发酵途径促进拟杆菌等有益细菌的增殖并优化代谢物谱。
新证据将病理状况和生理衰老与肠道氧化还原稳态破坏及 SCFAs 产生减少联系起来。例如，在炎症性肠病患者中，氧化应激标志物和活性氧（ROS）显著增加，耗尽了 SCFAs 产生菌系，特别是丁酸生产者，并在活动期降低粪便总 SCFAs 水平（Deleu, Machiels, Raes, Verbeke, & Vermeire, 2021; Muro et al., 2024; Zhuang, Li, Li, et al., 2019）。体外研究证实，氧化环境（如高氧或过氧化氢暴露）会减少拟杆菌等关键降解菌并抑制丁酸产量（Zünd et al., 2025）。相反，膳食抗氧化剂（例如花青素和 l-抗坏血酸）或还原剂（例如 H2）可促进丁酸产生（Campbell, Gdanetz, Schmidt, & Schmidt, 2023; Halim, Evans, Gerasimidis, & Koutsos, 2025; Zhang, Xu, et al., 2025）。然而， prior work 在很大程度上侧重于“极端氧化应激”和“强还原条件”之间的二元二分法，忽视了从病理氧化到健康还原状态的连续梯度。目前，这种氧化还原连续体对 HAMS 发酵模式和机制的影响尚不清楚。
本研究的主要目标是调查不同的氧化还原状态梯度如何影响体外发酵系统中 HAMS 的代谢模式。氧气是环境氧化还原状态的关键决定因素；浓度升高会使系统趋向更大的氧化性（Oktyabrskii & Smirnova, 2012）。因此，我们使用了四个不同的氧水平来创建氧化还原状态梯度。体外发酵采用健康捐赠者的粪便接种物和 HAMS 消化物作为底物。通过追踪 pH 值、SCFAs 产生和肠道菌群动态的变化，我们表征了氧化还原状态如何调节 HAMS 发酵。此外，本研究进行了功能预测分析，以阐明氧化还原状态影响微生物碳水化合物代谢和能量运输的机制。这些发现不仅阐明了氧化还原状态在 HAMS 发酵代谢中的作用，还为开发基于氧化还原的膳食干预提供了理论支持。
