魏兆军教授团队系统阐述B族维生素在维持肠道菌群平衡及其对肠道-大脑健康的影响方面的最新研究进展
2022-10-26作者：来源：责任编辑：食品界
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近日，合肥工业大学/北方民族大学魏兆军教授团队在国际食品领域顶级期刊Critical Reviews in Food Science and Nutrition在线发表题为“Unveiling of dietary and gut-microbiota derived B vitamins: Metabolism patterns and their synergistic functions in gut-brain homeostasis”的综述，系统阐述了B族维生素在维持肠道菌群平衡及其对肠道-大脑健康的影响方面的最新研究进展。合肥工业大学的硕士研究生湛祺和王睿为文章的共同第一作者；合肥工业大学/北方民族大学魏兆军教授和Kiran Thakur副教授为本文通讯作者。
营养与肠道的交互作用在维持肠道功能方面占有重要地位，微量营养素的代谢已成为维护肠道平衡的首要代谢途径。在微量营养素中，B族维生素的进化早于DNA/RNA，并因其在现存生物的主要进化转变中的重要作用而闻名。尽管它们具有普遍需求和关键作用，但并非所有的三个生物领域都具有从头合成B族维生素的自然能力。人类的肠道微生物群由原型菌和辅助菌构成，辅助菌完全依赖于饮食摄入和肠道微生物生产B族维生素。涉及B族维生素的合成代谢和菌群之间的共享引起了人类肠道微生物多样性和组成的重要变化。
这篇综述重点讨论了B族维生素在肠道原型菌和辅助菌之间的共享，它们在小肠的吸收方式以及在远端肠道的运输。探究了B族维生素与肠道平衡有关的功能作用以及与它们的缺乏有关的症状。另外还简要探讨了它们作为精神生物制剂参与大脑能量代谢（犬尿氨酸/色氨酸途径）对神经系统功能的潜在影响，并强调它们的缺乏与功能失调之间的联系。
*微量营养素的代谢已成为维持肠道稳态的首要代谢途径。
*并非所有的三个生物领域都具有从头合成维生素B的天然能力。
*B族维生素的营养代谢和交换引起了显著性的肠道变化。
*重点讨论了B族维生素的共享及其吸收和转运与肠道稳态的关系。
*简要探讨了B族维生素作为精神生物制剂在神经功能的脑能量代谢中的潜在作用。
自20世纪以来，各类研究均强调了微量营养素对人类健康和预防疾病的重要性。B族维生素通常作为各种代谢途径的辅助因子或辅酶前体，从而参与调节能量代谢、肠道平衡，以及通过调节色氨酸-犬尿氨酸代谢途径（KP）来调节精神健康。人类肠道微生物群由原型菌（B族维生素的生产菌）和辅助菌（依赖外界摄取B族维生素）构成，且原型菌对于B族维生素有着不同的合成途径，人体的不同部位对于B族维生素的吸收也有着不同的方式， B族维生素在不同菌种之间的交换也是获取维生素的重要方式。另外，丰富的B族维生素供应和微生物群的合成也促进了其在肠道远端（结肠）的吸收。B族维生素和其他辅助因子已被认为是菌群生长和维持菌群动态稳定的重要因素。B族维生素在结肠中主要通过能量偶联因子（ECF）运输器、ATP结合（ABC）运输器和辅助运输蛋白进行运输。宿主对B族维生素的选择性利用可能不是肠道微生物群调节的必要条件，相反，交叉喂养机制、局部肠道氧化还原平衡以及作为细菌代谢的辅助因子的利用可能对整个肠道生态有直接影响。最近的研究发现，B族维生素通过影响肠道微生物组的组成和代谢，或通过系统效应间接破坏肠道免疫和屏障功能来调节胃肠道健康。B族维生素代谢的改变或其在体内的缺乏可能导致肠道内微生物组的不平衡或不利，这可能导致直接影响人体细胞健康的表观遗传学变化。因此，操纵它们的浓度可能是恢复或预防肠道菌群失调的有效途径。B族维生素已被证明在直接给大肠或通过结肠靶向给药系统时具有有益的影响，说明B族维生素在维持肠道健康有着至关重要的作用，同时最近的报告显示，肠道来源的B族维生素在各种精神疾病中发挥着重要作用。本综述讨论了目前B族维生素依赖所带来的影响，这是由不同的营养不良症所证明的。在这篇综述中，我们强调了不同菌种对于B族维生素的吸收和代谢模式，B族维生素在维持肠道菌群，肠道健康所起的重要作用，另外通过讨论B族维生素在犬尿氨酸代谢和高半胱氨酸代谢中所起作用来描述B族维生素在精神疾病中发挥的调节作用。加深了我们对微生物群衍生的或饮食中的B族维生素如何在调节肠道稳态和心理健康方面所作贡献的理解。由于B族维生素是在微生物和宿主之间交换和共享的；未来的研究应着重于利用新的出口系统来进一步提高原核生物菌株的B族维生素产量。尽管肠道微生物对干扰有固定的抵抗力，但肠道微生物运输、合成和竞争B族维生素能力的变化可能导致微生物群落结构和稳定性的变化，这将最终影响宿主的健康。一些研究声称，饮食或原型菌生产的B族维生素可能会增强微生物的代谢，并在炎症期间影响肠道的平衡；然而，需要更多的研究来了解其不同类似物的机理。最近这些神经营养性维生素（膳食或肠道微生物群衍生的维生素）之间的生物化学协同作用，为未来将它们与中枢神经系统功能和症状联系起来提供了前景。尽管B族维生素在精神病理学中起着至关重要的作用，但它们的缺乏仍然是精神病治疗中的不足之处。
图1 肠道微生物对维生素B的吸收和分享促进宿主与微生物的相互作用
图2 维生素B缺乏介导的微生物群失调与精神健康之间的相互关系
01 通信作者介绍：
魏兆军 1970年11月出生，博士、教授、博士生导师。北方民族大学生物科学与工程学院院长、合肥工业大学食品与生物工程学院教授。教育部食品科学与工程专业教学指导委员会委员；享受国务院政府特殊津贴、宁夏高等学校特聘教授、教育部新世纪优秀人才、安徽省杰出青年基金获得者、黄山学者特聘教授；安徽省农林特产食品加工产业技术创新战略联盟理事长、安徽省养生文化研究会会长。国家自然科学基金、教育部科技项目、国家留学基金委基金、十余个省基金项目评审专家；国家科技进步奖、教育部科技进步奖等评审专家；Trends in Food Science & Technology、Food Chemistry、Industrial Crops and Products等国内外50余期刊审稿人。Frontiers in Nutrition副主编、Current Topics in Nutraceutical Research副主编、Agri-Waste & Agri-Byproduct Journal主编、Food and Chemical Toxicology客座编辑、《食品科学》编委；先后获得国家科学技术进步二等奖，中国农业科学院科技进步二等奖，农业部科学技术进步一等奖，安徽省科技进步三等奖等。主持国家自然科学基金、安徽省科技重大专项等科研项目30余项。以第一或者通讯作者在Trends in Food Science & Technology、Food Chemistry、Industrial Crops and Products、Food and Chemical Toxicology发表高水平论文210余篇；授权或申请专利30余件。研究方向为农林特产功能性食品加工。
Kiran Thakur，博士、合肥工业大学/北方民族大学副教授，先后于2007、2009、2015年于印度Himachal Pradesh University、Lovely Professional University、 National Dairy Research Institute获得学士、硕士和博士学位，2017年起就职于合肥工业大学，主要开展农林副产物功能成分的制备、加工、营养及其机理方面的研究，主持国家自然科学基金1项，发表英文高水平论文90余篇。
湛祺，2021年本科毕业于北方民族大学食品科学与工程专业，并获得学士学位，获北方民族大学优秀毕业生；硕士现就读于合肥工业大学食品与生物工程学院生物与医药专业（食品工程方向）。硕士期间，主要的研究方向是微生物发酵在食品加工中的应用以及功能性研究。
王睿，2020年本科毕业于河南农业大学食品科学与工程专业，并获得学士学位；硕士现就读于合肥工业大学食品与生物工程学院食品科学专业，硕士期间主要研究方向为豆渣蛋白的改性及其发酵功能性饮料制备及功能活性研究。目前已在Food Chemistry期刊以第一作者发表论文一篇。
文章及图片由合肥工业大学/北方民族大学魏兆军教授团队提供。
