pH 调控肠道细菌的色氨酸代谢

为何肠道化学环境关系到全身健康

人类肠道寄居着数万亿微生物，帮助分解食物并释放多种化学物质。其中一些微生物产物有益健康，而另一些则可能损害肾脏、心脏等器官。本研究提出一个简单但重要的问题：肠道的酸碱度——以 pH 测量——是否会使肠道细菌更倾向于从氨基酸色氨酸生成有益或有害的分子？答案可能为慢性肾病等疾病提供基于饮食的新型保护策略。

单一氨基酸的两条路径

色氨酸常被视为蛋白质的构成成分，也为肠道细菌提供底物。只有一小部分进入结肠的色氨酸被微生物转化为一类“吲哚”化合物。其一条分支产生吲哚，肝脏会将其转化为吲哚硫酸盐，这是一种在肾功能不佳者体内累积并会加重心肾疾病的毒素。其他分支则生成如吲哚乳酸和丙酸吲哚（indolepropionic acid）等分子，它们可增强肠道屏障、抑制炎症，并与较低的2型糖尿病和心血管疾病风险相关。核心难题在于，为什么有些肠道偏向有害路径，而另一些却偏向有益路径。

来自人群的线索：当肠道更碱性时

研究者首先分析了两项人类研究的粪便和尿液样本。在超过100名成人中，他们测量了粪便 pH 以及色氨酸来源代谢物。粪便 pH 较高的人往往粪便中含有更多的吲哚，且尿液中吲哚硫酸盐及相关化合物的含量较高。同时，较高的 pH 与潜在有益分子（如吲哚乳酸、吲哚乙酸和丙酸吲哚）水平较低相关。有趣的是，这一模式并不能仅用携带关键吲哚生成基因的细菌数量多少来解释，提示化学环境本身——而不仅仅是物种构成——在控制微生物如何利用色氨酸方面发挥作用。

来自实验培养的线索：酸度如何重塑微生物选择

为探究因果关系，研究团队在受严格控制的条件下培养了关键肠道细菌。当主要的吲哚产生者大肠杆菌（Escherichia coli）在轻度酸性 pH 5.5 下培养时，其产生的吲哚极少，消耗的色氨酸远低于中性或略碱性条件。基因表达检测显示，低 pH 强烈抑制了其合成吲哚的酶活性。相比之下，能将色氨酸转化为有益的丙酸吲哚及相关化合物的梭状芽孢杆菌（Clostridium sporogenes）在单种培养中对 pH 大体无感。但当两者共同培养时，酸度改变了竞争格局：在低 pH 下，大肠杆菌产生较少吲哚，更多色氨酸可供 C. sporogenes 转化为保护性代谢物；在较高 pH 下，大肠杆菌主导色氨酸利用，丙酸吲哚的产生下降。

复杂的肠道群落与类饮食条件的作用

研究者随后将实验扩展到以整个人类粪便群落为接种的连续培养体系。他们在无纤维培养基中以低 pH 或高 pH 条件培养了三种不同的微生物群落，持续三天。对所有群落而言，低 pH 一致地减缓了色氨酸的消耗并将吲哚水平降低超过一半，而较高 pH 导致色氨酸被完全利用并产生更多吲哚。pH 的变化也改变了有利生长的细菌类别；例如，某些产吲哚的拟杆菌属（Bacteroides）趋向偏好较高 pH，其负责合成吲哚的基因在更酸的条件下显示出被抑制的迹象。像丙酸吲哚这样的有益代谢物的产生不仅取决于 pH，还取决于每个群落中是否存在必要的生产者物种。

对日常选择的意义

总体而言，这些发现表明即便是轻微的肠道酸度变化也能重定向微生物化学过程：较低的 pH 将色氨酸从吲哚路径引向更具保护性的化合物，而较高的 pH 则相反。由于结肠 pH 在很大程度上受饮食影响——尤其是可发酵纤维，微生物将其转化为酸——这项工作表明饮食选择可能有助于限制像吲哚硫酸盐这样的有害毒素并提升有益的吲哚衍生物，特别是在肾病患者中。尽管真实的人体肠道比任何实验模型都复杂得多，本研究强调了肠道 pH 作为一种有前景且可能可调节的杠杆，用以将体内化学向更有利于健康的方向转变。

引用: Brinck, J.E., Laursen, M.F., Pedersen, M. et al. pH regulates gut bacterial tryptophan metabolism. npj Biofilms Microbiomes 12, 72 (2026). https://doi.org/10.1038/s41522-026-00935-7

关键词: 肠道微生物组, 色氨酸代谢, 肠道 pH, 丙酸吲哚酸（IPA）, 慢性肾病