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腸道菌群代謝物作為宿主代謝反應(yīng)的信號(hào)分子和底物，影響著宿主生理、病理等過(guò)程。雖然宿主-菌群互作研究仍然具有各種挑戰(zhàn)，但基于代謝物研究已經(jīng)確定了多個(gè)與宿主健康相關(guān)的可行的微生物靶點(diǎn)。本綜述總結(jié)了短鏈脂肪酸、氨基酸及其衍生物、膽汁酸等幾大類(lèi)腸道菌群代謝物在臨床與轉(zhuǎn)化研究中的意義。相關(guān)研究發(fā)表在《Nature Reviews Microbiology》。

哺乳動(dòng)物具有以萬(wàn)億計(jì)的腸道微生物，遍布各個(gè)部位，包括皮膚、唾液、口腔粘膜等部位，其中大多數(shù)存在于胃腸道。在嚙齒動(dòng)物和人類(lèi)中，盲腸和近端結(jié)腸是微生物生物量最高的區(qū)域。腸道菌群可產(chǎn)生一些代謝物或小分子，隨后被宿主腸道吸收從而影響宿主生理，這些代謝產(chǎn)物既能促進(jìn)健康，也可能損害健康，而單一代謝物對(duì)宿主的作用是好是壞，要取決于受影響的組織類(lèi)型和代謝狀況、飲食情況以及代謝物循環(huán)水平。而菌群相關(guān)代謝物絕對(duì)定量檢測(cè)的迅速發(fā)展大大提高了我們對(duì)菌群代謝物功能和宿主微生物組相互作用的理解。

膳食營(yíng)養(yǎng)分子被遠(yuǎn)端腸道細(xì)菌代謝產(chǎn)生多種代謝物。短鏈脂肪酸（SCFAs）是最常被研究的一類(lèi)小分子代謝物，它們由腸道微生物發(fā)酵膳食纖維產(chǎn)生。膳食纖維，包括多糖、低聚糖和抗性淀粉，通過(guò)影響腸道菌群在宿主健康和疾病發(fā)揮調(diào)節(jié)作用。這些膳食碳水化合物逃避宿主小腸中有限的代謝酶分解進(jìn)入到遠(yuǎn)端腸道，在那里作為多種微生物碳水化合物活性酶（CAZymes）的底物從而提高了宿主的代謝能力。乙酸、丙酸和丁酸占總SCFA池95%以上，在小鼠和人類(lèi)腸道中摩爾比約為60：20：20。此外，支鏈脂肪酸（BCFAs）異丁酸、2-甲基丁酸、異戊酸以及丙酸中間體乳酸和琥珀酸也會(huì)產(chǎn)生，雖然豐度很低，也能發(fā)揮生物學(xué)效應(yīng)。

盡管SCFAs主要來(lái)自膳食纖維，但微生物的可用碳水化合物（MACs）另一來(lái)源是結(jié)腸黏液層。正常生理?xiàng)l件下，內(nèi)層粘液是不可滲透的，但外層粘液是微生物的棲息地，可作為細(xì)菌能量來(lái)源進(jìn)行利用。粘液由小腸和大腸中的杯狀細(xì)胞分泌，包含嚴(yán)重O-糖基化的粘蛋白（一類(lèi)大蛋白，>5000個(gè)氨基酸長(zhǎng)）。因此，當(dāng)飲食MACs受限時(shí)，宿主粘蛋白可以作為碳水化合物和蛋白質(zhì)的主要來(lái)源。

結(jié)腸微生物也能發(fā)酵膳食、宿主和微生物來(lái)源的蛋白質(zhì)，這對(duì)總SCFA、BCFAs池有少量的貢獻(xiàn)，一項(xiàng)人體腸道內(nèi)容物體外分批培養(yǎng)研究發(fā)現(xiàn)，蛋白質(zhì)發(fā)酵的SCFAs在盲腸部位占17%，在遠(yuǎn)端腸占（乙狀結(jié)腸和直腸）38%?？梢哉f(shuō)蛋白質(zhì)發(fā)酵是微生物有機(jī)酸生產(chǎn)的一個(gè)小但重要的貢獻(xiàn)者。

膳食底物的發(fā)酵也會(huì)釋放和/或修飾生物活性多酚，膳食多酚是一種含量豐富的植物源化合物，由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜性高，只有~10%的膳食多酚在小腸中被代謝和吸收，其余~90%通過(guò)遠(yuǎn)端腸道，受到微生物的廣泛修飾和降解，這增加了它們的吸收和生物利用率。膳食多酚具有抗炎、抗氧化和抗菌作用，對(duì)心血管疾病(CVD)、癌癥、代謝性疾病、阿爾茨海默病和炎癥性腸病具有有益作用。最近從柑橘類(lèi)水果中純化的富含黃酮的物質(zhì)被證明是以微生物依賴(lài)的方式調(diào)節(jié)高脂飲食引起的損害，表明這種提取物可能是治療代謝性疾病的一種益生菌劑。

結(jié)腸微生物對(duì)飲食中碳水化合物和蛋白質(zhì)的發(fā)酵途徑如圖1所示。一般來(lái)說(shuō)，飲食或粘蛋白的復(fù)雜碳水化合物被微生物多糖酶和糖苷酶水解為五碳或六碳單糖，然后通過(guò)經(jīng)典的磷酸戊糖(五碳)途徑或Embden-Meyerhof -Parnas(六碳)途徑進(jìn)一步分解代謝為丙酮酸。丙酮酸(或其前體磷酸丙酮酸)通過(guò)多種代謝途徑，最終產(chǎn)生SCFAs。在蛋白質(zhì)發(fā)酵的情況下，首先通過(guò)宿主內(nèi)肽酶和微生物蛋白酶將近端結(jié)腸中逃避宿主消化的飲食和宿主蛋白部分水解為氨基酸。然后，根據(jù)底物不同，產(chǎn)生的氨基酸會(huì)經(jīng)歷各種微生物發(fā)酵反應(yīng)，不僅生成SCFA和BCFA，還會(huì)產(chǎn)生氨、苯酚和吲哚等許多其他化合物。

SCFAs的產(chǎn)生與飲食、菌群組成和宿主有關(guān)，膳食大量營(yíng)養(yǎng)素組成（碳水化合物與蛋白質(zhì)與脂肪的比例）決定了微生物可發(fā)酵底物的數(shù)量和來(lái)源，是微生物結(jié)構(gòu)和功能的主要驅(qū)動(dòng)因素。微生物對(duì)膳食纖維的反應(yīng)是高度個(gè)性化的，可能取決于某些“keystone”物種的存在，大量的數(shù)據(jù)表明SCFA的產(chǎn)量與膳食纖維類(lèi)型有關(guān)。Firmicutes和Actinobacteria門(mén)的成員是對(duì)MACs變化的主要響應(yīng)者，通常在纖維降解中起著更特殊的作用。相反，細(xì)菌，如Bacteroides thetaiotaomicron可以改變其轉(zhuǎn)錄體來(lái)消化粘液，而非膳食MACs，此外，B. thetaiotaomicron也會(huì)誘導(dǎo)宿主產(chǎn)生含有巖藻糖的聚糖，從而用作發(fā)酵底物。

高M(jìn)AC飲食通常與腸道菌群多樣性和SCFA產(chǎn)生的增加有關(guān)。當(dāng)膳食纖維受限時(shí)，菌群轉(zhuǎn)向?qū)Πl(fā)酵不太有利的底物，從而導(dǎo)致SCFA含量降低和不良健康結(jié)果。小鼠喂養(yǎng)低MACs的西式飲食可誘導(dǎo)菌群結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，在這一代中是可逆的，但若幾代中持續(xù)采用這種飲食方式，就會(huì)導(dǎo)致一些菌種消失，并且是不可恢復(fù)的。人類(lèi)也有類(lèi)似的飲食反應(yīng)，特別是對(duì)工業(yè)化和/或遷移的反應(yīng)。

微生物發(fā)酵驅(qū)動(dòng)因子也會(huì)發(fā)揮調(diào)控作用。每次單糖分解為丙酮酸都會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)NADH分子，這些過(guò)量的等價(jià)物會(huì)驅(qū)動(dòng)額外的生化途徑（圖1）或通過(guò)鐵氧還蛋白依賴(lài)的反應(yīng)生成H₂。鐵氧還蛋白的還原是微生物產(chǎn)生SCFA所必需的驅(qū)動(dòng)力，包括乙酰輔酶A羧化生成丙酮酸和通過(guò)Wood-Ljungdahl途徑產(chǎn)生乙酸。發(fā)酵還會(huì)產(chǎn)生CO₂和H₂，對(duì)SCFA生成具有調(diào)控作用，產(chǎn)乙酸菌和產(chǎn)甲烷菌清除這些產(chǎn)物可能進(jìn)一步提高微生物的發(fā)酵能力。

SCFAs可調(diào)節(jié)宿主生理生化功能，包括在結(jié)腸上皮和粘液水平上維持天然腸屏障功能、腸道運(yùn)動(dòng)、腸道激素分泌、染色質(zhì)調(diào)節(jié)、腸腦軸、免疫功能等等。這些有機(jī)酸與宿主健康和疾病狀態(tài)息息相關(guān)，包括心臟代謝疾病和非酒精性脂肪肝、神經(jīng)和精神障礙以及腫瘤發(fā)生的混合效應(yīng)。SCFAs的特異性作用主要通過(guò)G蛋白偶聯(lián)受體（GPCRs）或游離脂肪酸受體（FFARs）選擇性激活所介導(dǎo)，也可直接作為其他分解代謝和合成途徑的底物。

目前對(duì)BCFAs如何影響宿主生理還知之甚少，但其來(lái)源BCAAs在肥胖、胰島素抵抗和T2DM中具有一定調(diào)控作用。血漿中BCAAs升高與多民族和多地域胰島素抵抗有關(guān)，通常作為BCAA相關(guān)代謝物簇的一部分，如芳香族氨基酸和酰基肉堿，兩者都通過(guò)不同的機(jī)制反映BCAA過(guò)載。BCAA還可以預(yù)測(cè)減肥手術(shù)和噻唑烷二醇在改善葡萄糖穩(wěn)態(tài)中的功效。在一項(xiàng)單獨(dú)的研究中，空腹血清BCAAs升高與胰島素抵抗和腸道微生物組有關(guān)，腸道菌群為合成BCAA而被富集，但由于這些化合物被攝取而耗盡。BCAA分解代謝在多種癌癥中也會(huì)消失，而飲食攝入BCAA與小鼠和人類(lèi)的癌癥風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)。雖然BCAA的微生物發(fā)酵對(duì)代謝性疾病的影響程度尚待確定，但BCAA池的菌群組成和功能改變可能是重要的病因。

盡管宿主在小腸中有效同化了蛋白質(zhì)，但有研究表明，在通過(guò)回腸的末端時(shí)，5%到10%的膳食蛋白沒(méi)有被吸收，而是以蛋白質(zhì)和肽的形式進(jìn)入結(jié)腸。一旦進(jìn)入遠(yuǎn)端腸道，蛋白質(zhì)和肽就有三種可能的結(jié)果：被微生物的同化；作為微生物異化代謝的底物，其產(chǎn)物進(jìn)入宿主門(mén)脈循環(huán)或作為廣泛微生物串?dāng)_的中間體；以及通過(guò)糞便排泄。腸道微生物代謝氨基酸的程度主要取決于底物的利用率和腔內(nèi)環(huán)境。結(jié)腸pH較高和碳水化合物利用率較低的情況下，蛋白質(zhì)細(xì)菌發(fā)酵率更高，微生物降解蛋白質(zhì)產(chǎn)生的SCFA比碳水化合物產(chǎn)生的少得多。此外，有機(jī)酸產(chǎn)量的降低導(dǎo)致腔內(nèi)pH升高，進(jìn)而改變菌群結(jié)構(gòu)和功能。相反，產(chǎn)生SCFA導(dǎo)致的低腔pH會(huì)抑制細(xì)菌蛋白酶活性，并且可發(fā)酵的碳水化合物驅(qū)動(dòng)細(xì)菌生長(zhǎng)，隨之犧牲發(fā)酵來(lái)增加細(xì)菌蛋白質(zhì)的同化。

目前由于腔內(nèi)容物的復(fù)雜性、這些底物代謝的多種宿主和微生物途徑之間復(fù)雜的相互依賴(lài)關(guān)系以及代謝物來(lái)源分類(lèi)（宿主與微生物）技術(shù)的局限性，腸道微生物對(duì)蛋白質(zhì)降解的研究受到了限制。不過(guò)，也明確了腸道菌群從逃避宿主消化的蛋白質(zhì)和肽中回收了大量能量，以產(chǎn)生各種生物活性化合物，包括SCFAs、BCFAs、氨、酚類(lèi)、吲哚、胺、硫化物和N-亞硝基化合物，其中一些具有潛在的毒性。

色氨酸是化學(xué)上最為復(fù)雜的氨基酸，使其成為廣泛轉(zhuǎn)化的最佳底物，人體中幾個(gè)重要的信號(hào)分子如5-羥色胺和色胺就是來(lái)源于色氨酸。圖2展示了哺乳動(dòng)物中色氨酸的幾種可能結(jié)果。色氨酸轉(zhuǎn)化為犬尿氨酸的限速步驟是吲哚胺2，3-雙加氧酶1（IDO1；免疫和腸道上皮細(xì)胞）或色氨酸2，3-雙加氧酶（TDO；肝細(xì)胞）；腸道菌群可促進(jìn)IDO1的表達(dá)，IDO1的活性也能調(diào)節(jié)微生物群落的組成。已知這些酶在多種癌癥中高度上調(diào)，并且由于這種上調(diào)而合成的一些犬尿氨酸衍生物作為芳烴受體（AhR）配體促進(jìn)細(xì)胞遷移和免疫耐受，從而推動(dòng)癌癥的進(jìn)展。除了宿主，有些腸道菌群也具有產(chǎn)生該途徑各種中間體的基因組能力。

犬尿氨酸的生理作用對(duì)宿主健康有利也有害，這取決于所涉及的特定化合物、靶組織和信號(hào)通路（圖2）。在中樞神經(jīng)系統(tǒng)（CNS）中，分別發(fā)揮興奮性毒性和神經(jīng)保護(hù)作用的喹啉酸和犬尿喹啉酸水平在抑郁癥和精神分裂癥中出現(xiàn)失調(diào)，阿爾茨海默病和亨廷頓病的小鼠模型也與犬尿氨酸途徑失調(diào)有關(guān)。運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練會(huì)引起PGC-1α介導(dǎo)的幾種犬尿氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶（KAT）亞型骨骼肌表達(dá)的增加，將犬尿氨酸轉(zhuǎn)化為犬尿喹啉酸，導(dǎo)致循環(huán)中犬尿氨酸水平降低，保護(hù)免受應(yīng)激引起的抑郁。腸內(nèi)犬尿氨酸途徑代謝物可作為GPR35（犬尿喹啉酸受體）激動(dòng)劑，介導(dǎo)粘膜穩(wěn)態(tài)和宿主-微生物免疫耐受。此外，犬尿氨酸也是AhR配體，研究證明多種犬尿氨酸途徑中間體能抑制大鼠胰島素合成、分泌和信號(hào)傳導(dǎo)，并發(fā)現(xiàn)在T2DM患者尿液中犬尿喹啉酸和黃嘌呤酸含量升高。

5-HT是由色氨酸通過(guò)兩步途徑合成，限速酶為色氨酸羥化酶（TPH），該酶有兩種亞型：TPH1在腸黏膜內(nèi)腸嗜鉻細(xì)胞中表達(dá)，TPH2在CNS和腸神經(jīng)系統(tǒng)神經(jīng)元中表達(dá)。全身大約90%的5-HT是由腸嗜鉻細(xì)胞合成的，在生理?xiàng)l件下不能穿過(guò)血腦屏障。在CNS中，5-HT在調(diào)節(jié)情緒、睡眠、食欲和行為方面起著重要作用，而在外周組織中，5-HT可調(diào)節(jié)腸道蠕動(dòng)和分泌、炎癥、血小板功能、血管張力、骨發(fā)育以及腸肌層神經(jīng)叢內(nèi)Cajal神經(jīng)元和間質(zhì)細(xì)胞的發(fā)育和維持。

吲哚及其衍生物通過(guò)調(diào)控菌群和宿主生理來(lái)調(diào)節(jié)宿主-菌群穩(wěn)態(tài)的多個(gè)過(guò)程（圖2），其中許多化合物是AhR配體。腸道微生物色氨酸酶將色氨酸代謝為吲哚，進(jìn)入宿主門(mén)循環(huán)，在肝臟中轉(zhuǎn)化為硫酸吲哚酚，再由腎臟排出，高水平硫酸吲哚酚具有腎毒性。腸道菌群對(duì)色氨酸進(jìn)行多種轉(zhuǎn)化，包括產(chǎn)生多種吲哚衍生物和色胺，通過(guò)激活5-HT 4型受體（5-HT₄R）激活結(jié)腸運(yùn)動(dòng)，并分泌結(jié)腸粘膜中陰離子和液體。

除了色氨酸，腸道菌群還可代謝組氨酸、苯丙氨酸和酪氨酸產(chǎn)生多種代謝物，從而影響疾病的發(fā)生。組氨酸在哺乳動(dòng)物和腸道細(xì)菌細(xì)胞中脫羧形成組胺，組胺在免疫系統(tǒng)中具有重要的調(diào)節(jié)作用；組氨酸還可代謝為咪唑丙酸（ImP），ImP 在T2MD中升高，并通過(guò)激活p38γ-p62-mTORC1通路損害胰島素信號(hào)傳導(dǎo)。腸球菌和短乳桿菌的多種菌株可通過(guò)保守的酪氨酸脫羧酶（TyrDC）對(duì)左旋多巴（L-DOPA）進(jìn)行脫羧，在腸道中產(chǎn)生苯丙氨酸或酪氨酸衍生多巴胺，在控制運(yùn)動(dòng)和情緒種具有重要作用，而外周多巴胺不能穿過(guò)血腦屏障，對(duì)行動(dòng)具有負(fù)面作用。

慢性腎?。–KD）可發(fā)展為終末期腎?。I功能衰竭），與微生物功能的變化和微生物源腎毒素的積累有關(guān)。疾病狀態(tài)下腎功能下降，尿素和其他廢物在血液中累積，從而促進(jìn)這些物質(zhì)從血液中轉(zhuǎn)移到腸道，因此，隨著CKD的進(jìn)展，遠(yuǎn)端腸道成為尿素排泄的主要部位，從而改變腔內(nèi)環(huán)境和微生態(tài)。菌群代謝物會(huì)影響CKD的進(jìn)展，早期研究發(fā)現(xiàn)小鼠血漿中幾種菌群依賴(lài)的尿毒素，包括色氨酸衍生物硫酸吲哚、酪氨酸或苯丙氨酸衍生物p-硫酸甲酚（pCS）和苯乙酰谷氨酰胺（PAGln），這三種物質(zhì)在CKD患者中出現(xiàn)累積并通過(guò)誘導(dǎo)腎損害、炎癥和纖維化促進(jìn)發(fā)病和疾病進(jìn)程。而血液透析并不能有效清除尿毒素，因此，基于微生物的治療對(duì)CKD和終末期腎病具有潛在的治療價(jià)值。

肝臟中膽汁酸（BA）的合成有兩條途徑，需要至少17種不同的酶，其中經(jīng)典途徑的限速酶是CYP7A1，而替代途徑則受CYP27A1調(diào)節(jié)。經(jīng)典途徑產(chǎn)生CDCA或CA，依賴(lài)于CYP8B1的活性，而替代途徑主要產(chǎn)生CDCA。CYP7A1和CYP27A1的表達(dá)受腸道菌群調(diào)控，而CYP8B1則不受到調(diào)控，并且?；撬岬暮铣梢彩苣c道菌群調(diào)控。據(jù)報(bào)道，CA可與苯丙氨酸、酪氨酸和亮氨酸結(jié)合，但功能尚不清楚。在遠(yuǎn)端小腸和結(jié)腸中，BAs受到腸道菌群膽鹽水解酶（BSH）的解偶聯(lián)，從而阻止它們?cè)谀c肝循環(huán)中的主動(dòng)攝取。解偶聯(lián)BAs經(jīng)過(guò)微生物轉(zhuǎn)化，通過(guò)羥基的脫羥基化、差向異構(gòu)和氧化產(chǎn)生一系列次級(jí)BAs。研究這些微生物的生物轉(zhuǎn)化機(jī)制仍是熱點(diǎn)，最近才闡明合成兩種非常豐富的次生膽汁酸DCA和LCA的完整酶途徑。

BAs在宿主體內(nèi)發(fā)揮功能主要通過(guò)兩種受體：法尼醇受體FXR和G蛋白偶聯(lián)膽汁酸受體TGR5，而非結(jié)合型BAs也可通過(guò)PXR、CAR、VDR受體傳遞信號(hào)。TGR5是一種廣泛表達(dá)的跨膜受體，通過(guò)促進(jìn)棕色脂肪組織中的細(xì)胞內(nèi)甲狀腺激素活性，增加棕色脂肪組織和肌肉的能量消耗，并誘導(dǎo)腸L細(xì)胞釋放胰島素分泌GLP-1來(lái)調(diào)節(jié)能量平衡。FXR是一種胞漿配體激活的轉(zhuǎn)錄因子，可轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞核以誘導(dǎo)靶基因轉(zhuǎn)錄。除了作為BAs合成和轉(zhuǎn)運(yùn)的調(diào)節(jié)因子外，F(xiàn)XR還在調(diào)節(jié)炎癥和免疫以及肝再生中起著重要作用，并在肝細(xì)胞和胃腸道中誘導(dǎo)保護(hù)性細(xì)胞反應(yīng)。FXR的作用非常復(fù)雜，取決于組織類(lèi)型和環(huán)境因素。據(jù)報(bào)道，F(xiàn)XR激動(dòng)劑和拮抗作用在不同的情況下都具有健康益處，盡管肝臟中的FXR激活對(duì)脂肪變性有保護(hù)作用，但腸道FXR也可促進(jìn)飲食誘導(dǎo)的肥胖和脂肪變性，因此需要進(jìn)一步研究FXR及其在宿主健康中腸道微生物的調(diào)節(jié)作用。

BAs與代謝性疾病和惡性腫瘤等疾病有關(guān)。特別是，BAs在減肥手術(shù)中表現(xiàn)突出，降低了女性癌癥發(fā)病率。胃分流術(shù)將雙胰臟汁重新引導(dǎo)到腸道的遠(yuǎn)端，改變腸道菌群與營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收和相互作用，表明BAs及其與腸道菌群的相互作用可以介導(dǎo)減肥手術(shù)的積極代謝效應(yīng)。

膽汁酸-腸道菌群互作在肝癌（HCC）和結(jié)直腸癌（CRC）中也具有重要作用。在肥胖誘導(dǎo)的HCC中，微生物源DCA增加會(huì)誘導(dǎo)肝星狀細(xì)胞分泌炎癥和腫瘤促進(jìn)因子，從而促進(jìn)HCC的發(fā)展，而抑制DCA或使用抗生素具有保護(hù)作用。腸道中次級(jí)BAs激活FXR也可能是CRC和HCC發(fā)病的一個(gè)關(guān)鍵機(jī)制，這種核受體的激活導(dǎo)致宿主-菌群穩(wěn)態(tài)、腸道屏障維持以及免疫和炎癥的控制，在腫瘤發(fā)生中很重要。在人結(jié)腸息肉和結(jié)腸腺癌中，F(xiàn)XR表達(dá)下降，甚至在許多人結(jié)腸瘤的研究中發(fā)現(xiàn)FXR表達(dá)丟失，進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)FXR信號(hào)在胃腸道癌發(fā)展中的重要性。還有研究表明，梭菌產(chǎn)生次級(jí)BA引起的自然殺傷T細(xì)胞積累可保護(hù)宿主免受肝癌和肝轉(zhuǎn)移瘤。因此，利用膽汁酸信號(hào)在治療胃腸病和癌癥方面表現(xiàn)出很大優(yōu)勢(shì)。

腸道微生物對(duì)一碳代謝和維生素特別是B族維生素也有一定作用（圖3）。一碳代謝中間體促進(jìn)許多生物合成過(guò)程，包括嘌呤合成、甲基供體的可用性和通過(guò)轉(zhuǎn)硫途徑實(shí)現(xiàn)的氧化還原平衡，并在胚胎發(fā)生、干細(xì)胞維持和造血、DNA和組蛋白甲基化以及免疫細(xì)胞功能中起著重要作用，一碳代謝失調(diào)與多種癌癥、肝病和CVD有關(guān)。

膽堿是人類(lèi)必需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，既來(lái)源于飲食，也可內(nèi)源合成，厭氧微生物通過(guò)代謝它產(chǎn)生三甲胺（TMA）和乙醛，TMA被宿主腸道吸收后在肝臟中代謝成TMAO，該菌群-宿主共代謝物可預(yù)測(cè)重大心血管事件風(fēng)險(xiǎn)。機(jī)制上，TMAO可通過(guò)誘導(dǎo)多個(gè)巨噬細(xì)胞受體和血栓形成的特征促進(jìn)動(dòng)脈粥樣硬化。最近，TMAO的前體三甲基賴(lài)氨酸(TML)也被確定為主要不良心臟事件的預(yù)測(cè)因子。結(jié)合TMAO水平，TML改善了急性冠狀動(dòng)脈綜合征患者的風(fēng)險(xiǎn)分層，并能夠預(yù)測(cè)未來(lái)主要不良心臟事件的風(fēng)險(xiǎn)。

吡哆醇（維生素B6）、葉酸（維生素B9）和鈷胺（維生素B12）的供應(yīng)對(duì)一碳代謝功能的發(fā)揮至關(guān)重要，這些維生素是葉酸和一碳循環(huán)中必需的底物或輔助因子。B族維生素需從飲食和腸道微生物合成獲得，對(duì)于葉酸，結(jié)腸微生物所產(chǎn)生的實(shí)際超過(guò)了飲食攝入。研究報(bào)道許多人類(lèi)常見(jiàn)的腸道細(xì)菌具有合成B族維生素能力，腸道菌群代謝B族維生素也具有年齡依賴(lài)的差異。嬰兒腸道菌群具有豐富的葉酸從頭合成基因，而成人的菌群含有豐富的葉酸及其還原形式四氫葉酸代謝相關(guān)的基因。盡管如此，B族維生素的缺乏仍然很普遍，可能是由于攝入不足、吸收不良、某些干擾葉酸代謝的藥物和遺傳疾病造成的。因此，腸道菌群是必需維生素的重要來(lái)源，并可能為治療維生素缺乏癥提供新的策略，特別是與飲食無(wú)關(guān)的缺乏癥。

由于宿主和菌群間的復(fù)雜性和共代謝，目前的技術(shù)方法還難以追溯宿主與菌群的代謝物來(lái)源，這是挑戰(zhàn)也是機(jī)遇。另一個(gè)挑戰(zhàn)是將這些發(fā)現(xiàn)應(yīng)用于臨床實(shí)踐，特別是可能許多發(fā)現(xiàn)僅適用于個(gè)體的一部分。目前基于菌群的治療在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用還處于起步階段，但其改變醫(yī)學(xué)實(shí)踐的潛力還是相當(dāng)大的，包括控制抗生素使用的可能性，并且也可增加或取代心血管醫(yī)學(xué)、神經(jīng)學(xué)和精神病學(xué)等領(lǐng)域的現(xiàn)有療法。