產丁酸菌的產酸機制及其在調控腸道健康中的作用研究進展

付域澤，焦 帥，張乃鋒

(中國農業科學院飼料研究所 農業農村部飼料生物技術重點開放實驗室，北京 100081)

動物消化道內棲息著極其復雜和多樣化的微生物群落，這些微生物群落分布在腸道的不同部位并保持著相對穩定和平衡，對宿主健康發揮著重要作用[1]。除了與宿主互作以外，其發酵產物(主要是短鏈脂肪酸)作為能源物質及炎癥、細胞增殖和凋亡的調節劑等，也對宿主產生了多重影響。按代謝產物不同可將這些微生物分為不同的功能類群，比如產乙酸菌、產丙酸菌、產丁酸菌、產乳酸菌等。其中產丁酸菌與一系列微生物失調引發的消化道炎癥等現象存在關聯，這愈發引起了人們的興趣[2-3]。Tye等[4]發現，NLPR1炎癥小體是腸道產丁酸菌豐度的關鍵負調節因子，該類菌豐度的下調促進了炎癥發生，這種現象引起了研究者的關注。本文從產丁酸菌的生物學分類、產酸機制、腸道炎癥調控作用及發展前景等方面做了系統綜述，旨在闡明產丁酸菌與宿主健康的互作機制，助力產丁酸菌的深入研究與應用。

1 產丁酸菌概述

對于產丁酸菌的研究具有悠久的歷史。早在1930年，McCoy等[5]發現，產丁酸菌能夠通過多種發酵方式(碳水化合物、多元醇和糖苷的發酵；乳酸鹽的發酵；蛋白質及其衍生物的發酵)產生丁酸，這個過程還伴隨有其他代謝產物(乙酸、醇和丙酮等)的產生；2011年，萬朕等[6]從酒廠窖泥中成功分離純化出1株產丁酸菌，該菌在溫度為36 ℃、pH為7.0條件下，接種量為5%，產丁酸量在3 d內可高達300 mg·dL-1。近幾年，產丁酸菌已經成為行業研究熱點[7]。產丁酸菌是嚴格的厭氧菌，通常被認為難以培養，但近期在研究人員的努力下獲得了一些主要菌株的全新信息[8]。丁酸的形成過程在細菌能量代謝中發揮了特殊作用[9]，這意味著能量代謝和微生物生態學的某些特征可能在不同產丁酸菌之間存在共享。產丁酸菌的主要發酵產物(丁酸)在維持宿主腸道健康等方面起著關鍵作用，是結腸黏膜的主要能量來源，也是宿主細胞中基因表達、炎癥、細胞分化和凋亡的重要調節劑[10]。

關于產丁酸菌的定義，可概括為：一類能夠利用食物(飼料)中不易消化的碳水化合物合成丁酸，通過調控腸道菌群結構、為腸道上皮細胞供能、維護腸黏膜屏障功能、調節宿主免疫功能等調控腸道內環境和微生態平衡，對宿主健康有益的功能性菌群[4]。其廣泛存在于消化道的各個部位，包括瘤胃、口腔、結腸和盲腸等[11]。產丁酸菌的代謝產物包括短鏈脂肪酸(乙酸、丙酸、丁酸)、酶類[12](蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶、糖苷酶、纖維素酶)以及維生素B族[13]等，其中丁酸是產丁酸菌的主要代謝產物，也是產丁酸菌發揮功能的主要媒介，在促進腸道發育和維持腸道穩態方面起到了重要作用。

2 產丁酸菌分類學地位

產丁酸菌代表了宿主腸道微生態中的一個功能性群體，而不是一個單系的系統發育群，其在多樣性、功能性等方面都是腸道菌群發揮作用的重要體現[14]。產丁酸菌多為革蘭陽性厭氧菌。Vital等[15]從整合的微生物基因組數據庫中篩選了3 184個測序細菌基因組，鑒定出225種可能產生丁酸的細菌基因組，包括許多以前未知的候選基因。多數候選菌屬于厚壁菌門(Firmicutes)內不同的家族[7]，但其他的門也存在潛在的產丁酸菌[16]，如放線菌門、擬桿菌門、梭桿菌門和變形桿菌門等。厚壁菌門的產丁酸菌在屬水平上分布于梭菌屬(Clostridium)、真桿菌屬(Eubacterium)、羅氏菌屬(Roseburia)、糞桿菌屬(Faecalibacterium)、丁酸弧菌屬(Butyrivibrio)、糞球菌屬(Coprococcus)、瘤胃球菌屬(Ruminococcus)等。趙廣民等[17]利用16S測序技術研究了金華豬和長白豬各腸段主要產丁酸菌相對豐度，發現丁酸球菌屬(Butyricicoccus)、丁酸單胞菌屬(Butyricimonas)、糞桿菌屬(Faecalibacterium)、真桿菌屬(Eubacterium)、顫螺旋菌屬(Oscillospira) 和羅氏菌屬(Roseburia) 相對豐度均低于1%。

3 產丁酸菌的代表性菌種

丁酸梭菌 (Clostridiumbutyricum)，又名酪酸梭狀芽孢桿菌或丁酸菌，是一種典型的腸道共生菌，以其特有的強產丁酸能力而聞名，也是梭菌屬的典型模式菌[18]。丁酸梭菌是受關注和研究最多的產丁酸菌。1933年日本學者首先發現并報道該菌；2003年歐盟批準丁酸梭菌作為肉雞和斷奶仔豬的飼料添加劑；2009年7月我國批準了丁酸梭菌制劑在飼料中作為微生物飼料添加劑使用。該菌屬于革蘭陽性、厭氧芽孢桿菌，主要以內生孢子形式存在，抗逆性好。菌落表面黏稠，邊緣處形成白色或乳白色一圈突起，呈不規則圓形形態，稍突。菌體形態為直桿狀，單生。菌體可以產生芽孢，有鞭毛，可以運動[19]。丁酸梭菌的代謝產物有丁酸、乙酸、丙二醇、氫等[12]。

直腸真桿菌(Eubacteriumrectale)屬于真桿菌屬，可以利用淀粉、葡萄糖和麥芽糖[20]，代謝產物主要為丁酸。不但在結腸和糞便中占比最大，同時也具有較為出色的產酸能力[21]。直腸真桿菌于1937年出現在“病原體細菌詞典”中，最早發現的VPI 0989T菌株已經丟失，和該菌株來自同一份糞便樣本的YPI 0990[22]并沒有被正式認可為原始菌株。Duncan和Flint[22]發現的直腸真桿菌(A1-86)呈桿狀、革蘭陽性、厭氧且可運動。從宏基因組分析，直腸真桿菌屬于人類特有菌，包含有4個亞種，其中3個(ErEurasia、ErEurope、ErAsia)在系統發育樹中屬于大型且明確的單系亞種，第4個是存在于非洲的新亞種(ErAfrica)，不同亞種的形成，一定程度上是地理距離隔離產生的結果[23]。

霍氏真桿菌(Eubacteriumhallii)是嬰兒腸道中出現最早的產丁酸的細菌之一[24]。霍氏真桿菌能夠利用短鏈寡糖、菊粉等，代謝產物有丙酸、丁酸和次級膽汁酸[25]。霍氏真桿菌與雙歧桿菌互作可以更高效地利用L-巖藻糖和巖藻糖乳糖[26]。另外，霍氏真桿菌還能夠轉化甘油為3-羥基丙醛(3-HPA)[27]。霍氏真桿菌屬于真桿菌屬，最近被發現的1株名為L2-7T的菌株因其具有不同的表型(DNA雜交值與細胞膜成分)和系統發育特征(與E.halliiDSM 3353T相似度僅有98.0%～98.5%)，或許會被重新分類為Anaerobutyricumhallii[28]，歸屬于毛螺旋菌科。

普拉梭菌(Faecalibacteriumprausnitzii)屬于糞桿菌屬，該菌種下分離株主要包含F.prausnitziiA2-165、F.cf.prausnitziiKLE1255、F.prausnitziiL2-6等。起初，普拉梭菌被歸類于梭桿菌屬(Fusobacterium)，2002年，Duncan等[29]建議將該菌歸入糞桿菌屬，糞桿菌屬的基因組又可以聚為不同的類群(A、B和C簇)，多數普拉梭菌歸屬于這3個類群，不過也有較少的菌株(F.prausnitzii_CNCM_I-4541,F.prausnitzii_CNCM_I-4575,和F.prausnitzii_L2-6)不在此類[30]。普拉梭菌為革蘭陰性、專性厭氧、不產芽孢、無鞭毛、無運動性桿菌。掃描電子顯微鏡圖像顯示，普拉梭菌模式菌株 A2-165(DSM17677)為約 2 μm 長桿狀、兩頭鈍圓的桿菌，其細胞壁外有瘤狀突起[31]。2010年完成該菌的基因組測序，平均基因組大小為3.05 Mb，GC含量為56.4%，含有2 745個開放閱讀框(open reading frame, ORF)。普拉梭菌能利用果糖、低聚果糖、淀粉和菊粉，不能利用阿拉伯糖、鼠李糖、木糖等；乙酸刺激其生長，產生二氧化碳，不產氫；發酵產物有甲酸、丁酸和D-乳酸[29]。

腸道羅斯拜瑞氏菌(Roseburiaintestinalis)又稱為羅氏弧菌，屬于羅氏菌屬，該菌種的第1株分離株(L1-82T)在2002年被發現。腸道羅斯拜瑞氏菌為革蘭陽性菌，微彎曲桿狀，有鞭毛，掃描電鏡觀察下處于活躍運動狀態，在體外可產生10 μmol·mL-1的丁酸[29]。腸道羅斯拜瑞氏菌被稱作是存在于腸道黏液層的乙酸-丁酸轉換器[32]，有著將乙酸轉化為丁酸的功能，在這個過程中也能檢測到甲酸、氫和二氧化碳[29]，但并不是主要代謝產物。腸道羅斯拜瑞氏菌是膳食中β-甘露聚糖的主要分解者[33]，也能分解木聚糖[34]，尤其偏好阿拉伯木聚糖。

4 產丁酸菌的產酸機制

產丁酸菌發揮作用的關鍵途徑之一是作為載體運輸活性分子(丁酸)至特定腸道部位發揮靶向調節作用，因此，其產丁酸機制成為研究熱點。近年來，研究人員針對產丁酸菌的產酸方式分別總結出了乙酰輔酶A途徑、賴氨酸途徑、戊二酸途徑和4-氨基丁酸途徑4種產酸途徑[15]。其中，乙酰輔酶A途徑是最普遍的產丁酸途徑。人體攝入的碳水化合物經過小腸的消化吸收到達結腸，這些復雜的多糖(如淀粉和木聚糖等)通過底物水平磷酸化的方式產生ATP進而被產丁酸菌利用，在這個過程中，碳水化合物產生了丙酮酸、乙酰輔酶A等中間產物。兩分子的乙酰輔酶A被硫解酶(Thiolase)催化為乙酰乙酰輔酶A(acetoacetyl-CoA)，硫解酶被檢測到存在A和B兩種基因。隨后在Hydroxybutyryl-CoA dehydrogenase(BHBD)的催化下生成3-hydroxybutyryl CoA，3-hydroxybutyryl CoA通過巴豆酸酶(Crotonase)的催化生成crotonyl-CoA，由crotonyl-CoA到丁酰輔酶A(butyryl-CoA)是整個途徑的中心通路，因為該步驟也是其他3個途徑的共同通路[15]。在這一步驟中，丁酰輔酶A脫氫酶(butyryl-CoA dehydrogenase)的電子轉移黃素蛋白復合體(electron-transferring flavoprotein，Etfαβ)提供了電子從而幫助產丁酸菌節約了能源[9]，該反應還可能與原核生物和真核生物中脂肪酸的氧化密切相關。由丁酰輔酶A到丁酸的最后一步是由丁酰輔酶A∶乙酸輔酶A轉移酶(acetate CoA-transferase)(由But基因編碼)或丁酸激酶(butyrate kinase)(由Buk基因編碼，丁酰輔酶A磷酸化后)催化的。通常，這兩個基因被用作鑒定/檢測產丁酸菌菌群的生物標志物[35]，目前，可以通過簡并引物建立該基因的實時PCR檢測方法，從而半定量監測存在于人體結腸微生物中產丁酸菌的動態變化。乙酰輔酶A途徑如圖1所示。

圖1 產丁酸菌產酸的乙酰輔酶A途徑Fig.1 Acetyl-CoA pathway of acid production by butyrate-producing bacteria

除了乙酰輔酶A途徑之外的其它3種產酸途徑皆以氨基酸為主要底物，具有代表性的為賴氨酸通路[15]。Bui等[36]利用13C-NMR同位素發現，產丁酸菌能夠使賴氨酸的C2與C3殘基發生裂解，核磁共振結果顯示，賴氨酸幾乎轉化為等量摩爾質量的丁酸，并且在這個過程中產生了乙酰輔酶A途徑的中間產物。從基因表達分析上來看，賴氨酸途徑的相關基因包含1個類似操縱子的簇(具有提取利用果糖賴氨酸(fructoselysine) 和阿洛酮糖賴氨酸(psicoselysine)的基因)[37]和1個賴氨酸利用操縱子(可以編碼6種參與賴氨酸轉化為丁酸的酶)。另外，通過對AF211腸桿菌基因組的分析預測出了全部的14種賴氨酸途徑的相關酶，其中包括CoA轉移酶AtoD-A、4Hbt和But。通過進一步活性誘導和蛋白質組學分析發現，AtoD-A在賴氨酸降解條件下大量表達，AtoD-A也被認為是賴氨酸途徑的關鍵酶，同時這是腸道生態系統中首次對賴氨酸途徑進行描述，因此賴氨酸利用操縱子和已鑒定的ATOD-A基因可能作為賴氨酸途徑發生的標志物[36]。賴氨酸途徑如圖2所示。

根據已有的研究，除了中心通路(crotonyl-CoA到butyryl-CoA)以外，戊二酸途徑與4-氨基丁酸途徑和其他途徑并無共底物，且這兩種途徑占據總產酸途徑的比例很小(平均為2.4%～2.5%)[15]。說明這兩種產酸途徑相對獨立且中間產物不被多數產丁酸菌優先利用。4-氨基丁酸分別在4-hydroxybutyrate dehydrogenase(AbfH)、4-hydroxybutyrate-CoA transferase(4Hbt)和4-hydroxybutyryl dehydratase(AbfD)的作用下生成vinyl-acetyl-CoA。戊二酸途徑則由谷氨酸脫氫酶(glutamate dehydrogenase，Gdh)、2-hydroxyglutarate dehydrogenase (L2Hgdh)、glutaconate-CoA transferase (Gct)、2-hydroxyglutaryl-CoA dehydrogenase (HgCoAd)和Glutaconyl-CoA decarboxylase (Gcd)參與反應[38]。兩條途徑同樣在中心通路形成代謝交匯點，值得注意的是，戊二酸在厭氧細菌的利用下可以通過谷氨酸脫羧酶(Glutamate decarboxylase，Gdc)生成4-氨基丁酸[39]。戊二酸途徑與4-氨基丁酸途徑如圖3所示。

圖2 產丁酸菌產酸的賴氨酸途徑Fig.2 Lysine pathway of acid production by butyrate-producing bacteria

圖3 產丁酸菌產酸的戊二酸途徑與4-氨基丁酸途徑Fig.3 Glutarate and 4-aminobutyrate pathway of acid production by butyrate-producing bacteria

5 產丁酸菌與腸道健康

產丁酸菌對于宿主腸道健康有著重要的意義，往往通過其本身特性以及代謝產物發揮作用。

5.1 產丁酸菌能夠與腸道菌群發生營養互作

霍氏真桿菌能夠通過形成不同的短鏈脂肪酸來影響代謝平衡以及腸道菌群穩態[40]。嬰兒體內的雙歧桿菌可以特異性地利用L-巖藻糖(L-fucose)生成1，2-丙二醇(1,2-propanediol，1,2-PD)，雙歧桿菌還可以將半乳糖轉化為乳酸和乙酸。霍氏真桿菌能夠與雙歧桿菌發生營養互作，以雙歧桿菌產生的乳酸和乙酸為底物生成對腸道有益生作用的丁酸，并能夠將1,2-PD轉化為丙酸[26]。這種共生現象不但能夠使宿主更高效地產生對宿主有益的揮發性脂肪酸，還能夠增強共生菌的競爭力，加強雙歧桿菌對巖藻糖的利用，間接對致病出血性大腸桿菌(巖藻糖調節其定植)產生抑制作用[41]。普拉梭菌能夠與多形擬桿菌(Bacteroidesthetaiotaomicron)發生營養互作。多形擬桿菌產生的乙酸通過上調KLF4轉錄因子促使杯狀細胞分化，普拉梭菌與多形擬桿菌共生下，會利用多形擬桿菌產生的乙酸生成丁酸，削弱對杯狀細胞和黏蛋白糖基化的影響，調節上皮細胞分泌系譜中不同類型細胞的比例，從而維持腸道黏膜穩態[42]。

5.2 產丁酸菌能夠與致病菌發生競爭拮抗作用

丁酸梭菌能夠與致病性大腸桿菌競爭黏附位點。丁酸梭菌細胞內含有的磷脂壁酸(與聚甘油磷酸酯鏈共價連接的脂質部分)能夠錨定上皮細胞的纖維連接蛋白并與之共價連接[43]，從而與大腸桿菌搶奪黏附位點，競爭致病菌的生存空間。丁酸梭菌能夠富集其它產丁酸菌(瘤胃球菌科和真桿菌屬等)，并減少致病性擬桿菌門和膽汁酸生物轉化菌(bile acid (BA)-biotransforming bacteria)的產生[44]。這是因為丁酸梭菌能夠抑制Wnt/β-連環蛋白信號通路并通過丁酸激活特定的丁酸受體(GPR43)，從而抑制癌細胞增殖并誘導凋亡[45]。在丁酸梭菌CBM588與艱難梭菌的共培養中，丁酸梭菌通過細胞接觸影響了艱難梭菌毒素蛋白的產生，少量的丁酸梭菌CBM588就能夠抑制大量艱難梭菌的萌發[46]。

5.3 產丁酸菌能夠改善腸道環境

產丁酸菌發酵產生的丁酸一方面能夠增加腸道黏蛋白和抗菌肽以及加強緊密連接蛋白的表達[47]、降低腸道通透性從而抑制病原微生物的定植和增殖，防止有害物質進入血液循環，維護腸道健康；另一方面產丁酸菌發酵產生的丁酸通過增加鈣水平激活腺苷一磷酸活化的蛋白激酶(AMP-activated protein kinase，AMPK)，激活后的AMPK進而分別抑制肌球蛋白II調節輕鏈(myosin II regulatorylight chain，MLC2)的磷酸化和促進蛋白激酶Cβ2(protein kinase C β2，PKCβ2)的磷酸化，從而促進腸道緊密連接的重組，增強腸黏膜屏障功能[48]。此外，產丁酸菌(Clostridiales)豐度的增加能夠抑制NLRP1炎性小體，減少IL-18的分泌，從而維護腸道屏障功能，炎性小體已被證實在響應PAMP和DAMP信號后，激活炎癥應答及死亡途徑[49]。梭菌屬和直腸真桿菌屬等產丁酸菌能夠以高密度富集于結腸腔內并通過發酵碳水化合物產生大量丁酸，這些丁酸被運輸到結腸上皮細胞，在線粒體內以β氧化的形式產生乙酰輔酶A進入TCA循環，導致NAD+還原為NADH，NADH進入電子傳遞鏈最終生成ATP[50]。這些能量占正常結腸上皮細胞所需能量的60%～70%。

6 產丁酸菌應用進展

產丁酸菌已經被納入“下一代益生菌”的范疇[51]，其在改善動物生產性能、緩解腸道炎癥、增強機體免疫和抗氧化能力以及抵抗、治療疾病等方面有著廣泛的作用。

產丁酸菌在動物養殖上的應用主要體現于丁酸梭菌。在1日齡的肉雞日糧中添加109CFU丁酸梭菌能夠改善肉雞的生長性能，增強肉雞的骨骼發育[52]；在干物質中添加0.05%的丁酸梭菌也能夠改善熱應激山羊的瘤胃發酵和生長性能[53]；在基礎飼糧中添加250 mg·kg-1的丁酸梭菌顯著改善了斷奶仔豬的腸道健康，增強了仔豬機體的免疫功能[54]，但也有不同的研究顯示，另1種添加劑量(500 mg·kg-1)的丁酸梭菌對于降低“杜×長×大”的三元雜交斷奶仔豬的腹瀉率、提高仔豬的生長性能[55]、增強其機體免疫和抗氧化能力[56]具有顯著效果。另外，丁酸梭菌一方面能夠通過抑制Wnt/β-連環蛋白信號通路和改變腸道菌群組成來抑制結直腸癌(colorectal cancer，CRC)小鼠模型的腸道腫瘤形成[44]，另一方面也能通過下調脂肪酸代謝、β-丙氨酸代謝和色氨酸代謝有效改善腹瀉癥狀的發生，且有較高的治療應答率[57]。丁酸梭菌還能夠通過改善運動功能、減少多巴胺神經元丟失、改善突觸功能障礙及抑制小膠質細胞激活、提高結腸胰高血糖素樣蛋白GLP-1、結腸G蛋白偶聯受體GPR41/43和大腦GLP-1受體水平預防和治療帕金森病[58]。同樣，該菌也能用于對抗幽門螺旋桿菌疾病，但其療效頗具爭議，有研究認為丁酸梭菌能夠在一定程度上根除幽門螺桿菌[59]，也有研究認為根除幽門螺桿菌應綜合考慮宿主個體情況[60]。除了丁酸梭菌，直接飼喂其代謝產物丁酸鹽也能提高肉雞[61]、母牛[62]和羔羊[63]的生長性能，對于緩解仔豬腹瀉，改善仔豬腸道通透性也有一定效果[64]。

普拉梭菌在動物養殖中應用較少，其研究多集中在炎癥性腸病(inflammatory bowel，IBD)患者領域。普拉梭菌最初被注意到是因為在IBD 患者腸道中幾乎檢測不到其存在[65]，也因此被認為是潛在的IBD治療產品。后續的研究證明，普拉梭菌不但能夠分泌抗炎因子(細菌素、15 ku蛋白[66])阻斷NF-κB的激活和IL-8的產生[67]；也可以增強特異性T細胞的增殖，降低IFN-γ+T的細胞數量[68]；還能夠增加血漿中的抗TH17細胞因子(IL-10和IL-12)，抑制IL-17水平，改善結腸炎的病變[69]。從大量IBD和腸易激綜合征(irritable bowel syndrome，IBS)患者的糞便中分析得出，腸道炎癥導致的氧化應激使抗氧化生物合成途徑減少，膽汁酸代謝發生改變，在這個過程中普拉梭菌或許能成為關鍵的治療靶點[67]。

腸道羅斯拜瑞氏菌能夠緩解腸道炎癥，抑制還未分化的惡性腸細胞[70-71]；其通過增加Treg等免疫細胞的數量來上調體內抗炎細胞因子(IL-10、TGF-β、TSLP)的表達和分泌[72]，下調促炎細胞因子(TNF-α、IL-1β、IL-6和IL-12)的表達水平并利用其本身結構特性(鞭毛蛋白)來激活H1F1A-AS2等啟動子發揮抗炎作用，為治療IBD提供了新的路徑[73]。

7 產丁酸菌應用的影響因素

產丁酸菌作為功能菌和下一代益生菌的候選菌無疑具備良好的應用前景和發展潛力[51, 74]，然而產丁酸菌仍然面臨諸多問題亟待研究與解決。第一，缺乏足夠的動物試驗研究：產丁酸菌在動物試驗方面存在不足，除了研究較多的丁酸梭菌以外，由于篩選條件困難導致的以普拉梭菌為代表的產丁酸菌在動物應用方面的研究鮮有報道，對于這些產丁酸菌的試驗還有待更多的探索；第二，產丁酸菌在動物試驗的應用條件并不一致：以丁酸梭菌為代表的飼用微生態制劑其添加形式多種多樣，包括物理形態不同(液態和固態)[75]、添加劑量不同[56]以及添加方式不同(單菌制劑、復合菌制劑和酶菌制劑)等，不同的添加形式對于宿主的應用效果存在差異；第三，產丁酸菌的應用宿主差異導致應用效果不一致：丁酸梭菌在仔豬、育肥豬的研究效果多體現在促生長方面，對于禽類養殖則具備改善生長性能、抗氧化能力和免疫功能的作用，對于牛、羊等草食動物的影響體現在腸道健康和免疫調控等方面[76]，造成以上差異的具體原因則需要后續研究人員更多的探索。

8 小 結

腸道菌群與宿主間的對話機制成為目前研究的熱點[77]，產丁酸菌作為腸道菌群發揮功能的重要群體之一，其主要分布于厚壁菌門并通過乙酰輔酶A途徑、賴氨酸途徑等4種存在交叉的產酸途徑產生丁酸從而發揮重要作用。此外，產丁酸菌通過本身特性與腸道菌群發生營養互作和競爭拮抗而影響腸道菌群的結構與豐度，菌群本身的交互作用以及代謝產物還可以改善腸道環境促進腸道健康，對宿主炎癥性腸病、腸易激綜合征等多種疾病具有重要的治療和預防意義。但除了本文所概述的產丁酸菌應用進展之外，探明產丁酸菌影響應用進展的新因素以及更多的動物試驗研究參考同樣具有重要意義。