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色氨酸是22個標準氨基酸之一，人體不能合成的必需氨基酸，只有L-立體異構體色氨酸有構造或酶活蛋白質的作用，R-立體異構體則偶爾在自然產生的肽中發(fā)現。色氨酸的明顯結構式特征是含有吲哚功能團，是重要的神經遞質 ----- 血清素（即“5-羥色胺”）的前體。由于其為人體和腸道菌群合成大量代謝物的前體物質，臨床用于治療“糙皮病”（煙酸缺乏癥）和調節(jié)精神節(jié)律、改善睡眠。色氨酸是富含蛋白質的食品的一個常規(guī)成分，在巧克力、燕麥、乾棗、牛奶、酸奶、奶酪、紅肉、蛋類、魚類、家禽、芝麻、葵花籽、南瓜籽、螺旋藻、香蕉和花生中特別豐富。色氨酸為重要的營養(yǎng)補充劑，由于其能夠影響腦中5-HT的水平，也被認為可以影響情緒，適當服用有助于緩解抑郁癥狀。臨床上患者缺乏色氨酸就會導致血漿中色氨酸已經下降，當減少到正常值的60％時會引起情緒變化。有家族或個人抑郁癥史的人或正遭受慢性應激的人可能對通過飲食引起的色氨酸變化更為敏感。當色氨酸耗竭過程中引起負面情緒時，后續(xù)的色氨酸耗竭會導致更明顯的消極情緒。適當補充色氨酸對人體是有益的。

腸道菌群是人類體內真實存在的內分泌器官，其產生的分子與人類機體的生理機能相互作用并在局部和遠端部位引發(fā)反應。大量的代謝物驅動著人類機體與其體內菌群之間的穩(wěn)態(tài)平衡。目前研究最多的三種代謝物分別是：細菌酵解膳食纖維而來的短鏈脂肪酸、經由肝臟產生并通過腸道菌群轉化而影響全身的膽汁酸以及色氨酸代謝物三種。人類腸道菌群參與了腸道色氨酸代謝，并居重要地位。腸道菌群調節(jié)腸道色氨酸代謝限速酶或色氨酸代謝物，經腸道受體致使色氨酸發(fā)揮自身的生物學功效。在腸屏障、腸道免疫和內分泌功能、腸道動力等諸多方面，腸道色氨酸及其代謝物都與腸道菌群發(fā)生了緊密的交互作用。人體腸道中的色氨酸有三種代謝途徑：其一，在腸道上皮細胞和免疫細胞中，約90%的色氨酸通過吲哚胺2，3-雙加氧酶1(IDO1)代謝為犬尿氨酸，即犬尿氨酸通路(KP通路)；其二，在腸腔內，腸道菌群直接代謝約4--6%的色氨酸；第三，腸嗜鉻細胞中約3%色氨酸通過色氨酸羥化酶1代謝為5-羥色胺，即5-羥色胺(5-HT)通路，產生了全身90%以上的5-HT。腸道色氨酸代謝物還影響著屏障、蠕動、消化吸收、分泌、免疫等多種腸道功能，外源性腸道補充色氨酸可提高乳桿菌屬豐度，并通過提升其代謝物含量以維持腸粘膜穩(wěn)態(tài)。色氨酸在腸道免疫耐受及腸道菌群維持之間的平衡中起到重要作用，腸道菌群通過調節(jié)色氨酸代謝影響宿主免疫系統(tǒng)，內源性及菌群色氨酸代謝產物影響腸道菌群組成。芳香烴受體介導了色氨酸代謝產物對腸道免疫的調節(jié)，內源性色氨酸代謝產物包括犬尿素、犬尿酸等，菌群色氨酸代謝產物包括吲哚、色胺等；芳香烴受體的活化可調節(jié)IL-6、IL-22等細胞因子，以及血管內皮生長因子A（VEGFA）、細胞色素P450 1A1、前列腺素G/H合成酶的表達。

幾種菌群能夠將色氨酸轉化為吲哚和吲哚衍生物。腸道菌群通過各種代謝途徑產生包括色胺、吲哚乳酸(ILA)和IPA等多種色氨酸代謝產物。不同菌種可能存在相同代謝能力，不同菌種之間也存在一定代謝能力差異。在成人人群中吲哚是最豐富的色氨酸代謝產物，其次是IAA和IPA。色氨酸具有多種代謝功能，可摻入細菌酶的多肽鏈中，并作為輔酶NAD前體。腸道菌群對色氨酸代謝產生影響，包括可以直接代謝色氨酸，代謝產物包括芳香烴受體的配體，在免疫穩(wěn)態(tài)、腸道屏障功能中發(fā)揮作用；免疫細胞及上皮細胞通過吲哚胺2,3-加雙氧酶1（IDO1）介導的犬尿氨酸途徑，在炎癥、免疫反應、神經功能中扮演重要角色；腸嗜鉻細胞通過色氨酸羥化酶1（TpH1）介導的5羥色胺產生途徑，腸道來源的5羥色胺具有刺激腸道運動、促進腸-腦軸信號等功能。腸道菌群影響腸道色氨酸代謝的三種途徑。首先，不同的腸道菌產生不同的代謝色氨酸的催化酶，多種細菌協(xié)同、逐步將腸道內色氨酸分解為多種代謝產物，包括吲哚，色胺，吲哚乙醇，吲哚丙酸，吲哚乳酸，吲哚乙酸，糞臭素，吲哚醛和吲哚丙烯酸等。其次，腸道菌群代謝物丁酸影響腸道上皮細胞IDO1的活性。另外，腸道菌群的短鏈脂肪酸代謝產物，如乙酸鹽，調控腸道色氨酸代謝為5-HT的過程。腸道菌群參與的色氨酸代謝并不局限于結腸，乳桿菌屬可以在胃和回腸代謝色氨酸。腸道菌群的腸道色氨酸代謝產物通過腸上皮吸收入外周血，甚至影響外周血中色氨酸及其代謝物的濃度。

色氨酸代謝物的生物學功能

信號分子和抗菌劑。吲哚作為細胞間信號分子可通過對芽孢形成、質粒穩(wěn)定性、耐藥性、生物膜形成和毒性方面發(fā)揮重要作用從而影響微生物群落。吲哚對包括細菌、真菌和病毒在內的腸道群落發(fā)揮著調節(jié)作用，然而色氨酸代謝物是否也調節(jié)哺乳動物腸道的微生物群落仍有待探索；芳烴受體配體。色氨酸代謝物包括色胺、甲基吲哚、IAA、IA、IAld和ILA可作為芳烴受體（AHR）的配體。AHR是免疫系統(tǒng)中被細胞廣泛表達的轉錄因子，研究表明AHR活化以配體特異性方式改變先天性和適應性免疫應答。吲哚誘導的AHR激活可能是菌群促進粘膜穩(wěn)態(tài)的一種方式。色氨酸代謝物作為AHR配體為微生物代謝物如何影響腸道和體循環(huán)中的免疫系統(tǒng)提供新的見解，色氨酸代謝物通過AHR途徑減輕并改善人類相關疾??；色氨酸代謝物和腸屏障功能。吲哚通過上調參與維持上皮細胞結構和功能的基因表達來增強腸上皮屏障功能。IPA通過充當異生素傳感器、孕烷X受體（PXR）的配體尤其在吲哚存在的情況下調節(jié)小鼠腸屏障功能。IPA還可降低高脂肪飲食小鼠的腸道通透性。IA可通過促進杯狀細胞分化和粘液分泌來促進腸上皮屏障功能并減輕小鼠的炎癥反應；色氨酸代謝物和腸道激素分泌。吲哚作為信號分子可調節(jié)小鼠永生化和原代結腸內分泌L細胞分泌胰高血糖素樣肽-1（GLP-1），GLP-1在刺激胰腺β細胞分泌胰島素、抑制食欲和減緩胃排空方面起著關鍵作用，因此，腸道中吲哚水平可能會影響食欲；色胺和胃腸運動。色胺是一種β-芳胺神經遞質，影響腸道健康。在腸道中，色胺通過位于粘膜表面腸嗜鉻細胞誘導神經遞質5-羥色胺（5-HT）的釋放，5-HT通過腸神經系統(tǒng)神經元來刺激胃腸動力。色胺可能作為影響腸道轉運時間的信號分子，腸轉運時間與人腸道微生物組成、多樣性和代謝密切相關。目前尚不清楚細菌產生的色胺是否在其發(fā)病機制中發(fā)揮作用。循環(huán)系統(tǒng)中色氨酸代謝物。色氨酸代謝物通過腸上皮細胞吸收進入血液從而影響宿主生理機能，然后由尿液排出體外。IPA是羥基自由基清除劑，是不同組織中氧化損傷保護劑。色氨酸分解代謝物可影響肝臟炎癥反應。除此之外，據報道色氨酸分解代謝物還可能在童年階段、炎癥性腸?。↖BD）、神經性疾病等方面發(fā)揮至關重要的作用。

色氨酸代謝通路紊亂會引起諸多疾病，腸道疾病和其他疾病緊密相關，提示將異常的代謝通路恢復到平衡狀態(tài)是一種有效的治療策略。色氨酸可作為腫瘤標志物，能反映腫瘤發(fā)生、發(fā)展過程，同時也可以監(jiān)測腫瘤對治療的反應效果：結直腸癌是一種生長較慢、潛伏期較長的惡性腫瘤。結直腸癌患者色氨酸、5-羥基吲哚乙酸顯著升高，證實色氨酸代謝通路變化與結直腸癌的發(fā)生密切相關。黑色素瘤與腎細胞癌 (RCC) 患者在使用PD1抑制劑后，色氨酸的代謝產物——犬尿氨酸顯著上調揭示信號傳導仍可能是相關腫瘤治療靶標要點。膀胱癌色氨酸的異常代謝可產生氨基苯乙酮、鄰氨基苯甲酸等代謝物，會影響細胞的RNA和DNA合成。而這些代謝產物經過肝臟作用排泄入膀胱，由β-葡萄糖醛酸甙酶作用后，具有致癌作用。肝細胞癌（HCC）是原發(fā)性肝癌的一種病理類型，占肝癌的90%左右。國內一項大規(guī)模人群代謝組學研究結果發(fā)現，苯丙氨酸-色氨酸可作為標志物組合中的一項指標。苯丙氨酸-色氨酸（Phe-Trp）的血清相對濃度不同。