Axit béo chuỗi ngắn là gì? Các bài báo nghiên cứu khoa học

Axit béo chuỗi ngắn (SCFA) là nhóm axit béo chứa 2–5 nguyên tử cacbon, tiêu biểu axetat, propionat, butyrat, tham gia nhiều quá trình sinh lý quan trọng. Chúng được sản xuất bởi vi khuẩn ruột lên men chất xơ, điều hòa pH đại tràng, hỗ trợ hàng rào miễn dịch và cung cấp năng lượng cho tế bào biểu mô ruột.

Định nghĩa Axit béo chuỗi ngắn (SCFA)

Axit béo chuỗi ngắn (short-chain fatty acids – SCFA) là nhóm axit béo có số nguyên tử cacbon ≤ 5, nổi bật nhất trong đó là axetat (C2), propionat (C3) và butyrat (C4). Các hợp chất này thường xuất hiện dưới dạng muối natri hoặc kali trong môi trường sinh học và đóng vai trò trung tâm trong nhiều quá trình sinh lý của cơ thể người.

Công thức tổng quát của SCFA có thể biểu diễn như sau: CnH2n+1COOHC_nH_{2n+1}COOH với n ≤ 4. Ví dụ:

  • Axit axetic (CH3COOH, n = 1)
  • Axit propionic (C2H5COOH, n = 2)
  • Axit butyric (C3H7COOH, n = 3)

Trong ruột già, SCFA chủ yếu được sản xuất bởi quá trình lên men carbohydrate không tiêu hóa. Nồng độ SCFA trong phân người trưởng thành thường dao động trong khoảng 50–100 mM, trong đó axetat chiếm khoảng 60%, propionat 25% và butyrat 15%.

Cấu trúc hóa học và phân loại

Về mặt cấu trúc, SCFA có chung đặc điểm nhóm chức cacboxyl (–COOH) gắn vào chuỗi hydrocarbon ngắn. Sự khác biệt về độ dài chuỗi và số liên kết đơn/tử phân định tính chất lý hóa và vai trò sinh học của từng loại:

Loại SCFA Số cacbon Công thức Tính chất chính
Axit axetic 2 CH3COOH Phân cực cao, tan tốt trong nước
Axit propionic 3 C2H5COOH Độ bay hơi vừa phải, tác dụng ức chế vi khuẩn
Axit butyric 4 C3H7COOH Đặc tính kháng viêm mạnh, cung cấp năng lượng cho tế bào biểu mô
Axit valeric 5 C4H9COOH Ít phổ biến, mùi đặc trưng, vai trò hạn chế

Theo cách phân loại khác, SCFA được chia thành:

  1. Monocarboxylic (C2 – C3): axetat, propionat.
  2. Dicarboxylic (C4 – C5): butyrat, valerat.

Sự phân cực và độ tan trong nước của SCFA giảm dần khi độ dài chuỗi tăng lên, ảnh hưởng đến vận chuyển qua màng tế bào và sinh khả dụng.

Con đường sinh tổng hợp và chuyển hóa

SCFA chủ yếu được tổng hợp bởi vi khuẩn đường ruột thông qua quá trình lên men các hợp chất không tiêu hóa, bao gồm:

  • Sợi hòa tan (inulin, pectin, β-glucan)
  • Rau củ, hoa quả giàu polyphenol và oligosaccharide
  • Tinh bột kháng

Các vi khuẩn chủ lực tham gia bao gồm Bacteroides, Firmicutes (như Roseburia, Faecalibacterium prausnitzii) và Clostridium cluster IV/V (NCBI PMC).

Sau khi hình thành, SCFA di chuyển vào tế bào biểu mô ruột thông qua các kênh vận chuyển (MCT1, SMCT1). Tại đây:

SCFA Đường vào tế bào Sử dụng chính
Butyrat MCT1 Cung cấp năng lượng (70% ATP tế bào biểu mô)
Propionat SMCT1 Tiền chất cho gluconeogenesis tại gan
Axit axetic Phân tán khuếch tán Sản sinh acetyl-CoA, tham gia tổng hợp lipid

Vai trò sinh lý trong cơ thể

SCFA đóng vai trò then chốt trong duy trì cân bằng nội môi ruột và điều hòa hệ miễn dịch. Cụ thể:

  • Điều hòa pH đại tràng: SCFA làm giảm pH lòng đại tràng xuống khoảng 5.5–6.5, ức chế vi khuẩn gây hại và tạo môi trường thuận lợi cho vi khuẩn có lợi.
  • Cung cấp năng lượng: Butyrat chiếm tới 60–70% năng lượng cho tế bào biểu mô đại tràng; propionat và axetat cung cấp năng lượng cho gan và cơ bắp.
  • Điều hòa miễn dịch: SCFA liên kết với thụ thể GPR41/43 trên tế bào miễn dịch, kích thích sản xuất cytokine chống viêm (IL-10) và giảm biểu hiện cytokine tiền viêm (TNF-α, IL-6).

Ngoài ra, SCFA còn tham gia điều hòa sự biệt hóa tế bào Treg (regulatory T cells) và biểu hiện các gen bảo vệ màng ruột thông qua cơ chế ức chế histone deacetylase (HDAC) (MDPI Nutrients).

Nồng độ SCFA cân bằng không chỉ bảo vệ niêm mạc ruột mà còn ảnh hưởng sâu rộng đến các chức năng hệ thần kinh ruột, tham gia trục gut–brain axis thông qua sản xuất các chất dẫn truyền thần kinh như serotonin và GABA.

Tác động lên sức khỏe con người

SCFA tham gia điều hòa chuyển hóa năng lượng và chuyển hóa lipid bằng cách kích hoạt các thụ thể G-protein (GPR41, GPR43) trên tế bào gan, cơ và mô mỡ. Ví dụ, axetat có thể được chuyển hóa thành acetyl-CoA, tăng tổng hợp cholesterol và axit béo ở gan; propionat ức chế men HMG-CoA reductase, giảm tổng hợp cholesterol; butyrat làm tăng biểu hiện PPARγ, cải thiện độ nhạy insulin.

Sự gia tăng nồng độ SCFA trong ruột liên quan đến giảm viêm mãn tính và giảm nguy cơ mắc hội chứng chuyển hóa. Các nghiên cứu lâm sàng cho thấy:

  • Chế độ ăn giàu chất xơ làm tăng SCFA, cải thiện độ nhạy insulin và giảm HbA1c ở bệnh nhân tiểu đường type 2 (PubMed).
  • Butyrat liều thấp có thể giảm viêm đường ruột và triệu chứng viêm loét đại tràng nhẹ đến trung bình (ECCO Journal).

SCFA còn ảnh hưởng đến cân nặng và chất béo nội tạng thông qua điều hòa leptin và peptide YY, giảm cảm giác thèm ăn; đồng thời kích hoạt AMPK tăng oxy hóa axit béo tại cơ xương.

Ứng dụng trong y học và công nghiệp

Trong y học, SCFA được dùng dưới dạng viên nang, dung dịch hoặc gel trực tiếp đưa vào đại tràng nhằm cải thiện hàng rào ruột và điều trị hội chứng ruột kích thích (IBS), viêm đại tràng vi thể. Một số thử nghiệm giai đoạn II cho thấy butyrat dạng uống liều 4 g/ngày giảm tần suất tiêu chảy và đau bụng ở IBS (NCBI PMC).

Trong công nghiệp thực phẩm, axetat và propionat được dùng làm chất bảo quản chống mốc (E260, E281–E283), duy trì độ ẩm và hương vị bánh mì, pho mát, thịt chế biến. EFSA công nhận an toàn mức sử dụng đến 2,5 g/kg thực phẩm (EFSA Journal).

SCFA cũng được ứng dụng trong sản xuất các polyme sinh phân hủy, dung môi xanh, và làm chất điều vị trong ngành hóa mỹ phẩm nhờ tính kháng khuẩn và điều hòa pH.

Phương pháp phân tích và định lượng

Để định lượng SCFA trong mẫu sinh học (phân, huyết thanh), các phương pháp chính thường dùng là:

  • Sắc ký khí kết hợp khối phổ (GC–MS): Độ nhạy cao, chuẩn hóa dễ dàng bằng chuẩn nội, phát hiện axit dạng ethyl ester.
  • Sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC): Không cần chuyển hóa mẫu, ứng dụng cột trao đổi ion, phát hiện trực tiếp dạng axit bằng detector UV hoặc điện hóa.
  • Phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR): Cho phép định tính và định lượng đồng thời nhiều loại SCFA, không phá hủy mẫu nhưng chi phí cao.
Phương pháp Ưu điểm Nhược điểm
GC–MS Độ nhạy cao, độ đặc hiệu cao Cần tiền xử lý mẫu phức tạp
HPLC Đơn giản, không cần biến đổi mẫu Độ nhạy thấp hơn GC–MS
NMR Đa phân tích cùng lúc Chi phí và yêu cầu thiết bị cao

Quy trình chuẩn thường bao gồm ly trích mẫu với acid, kết tủa protein, chiết bằng dung môi hữu cơ và làm khô mẫu trước khi phân tích.

Tương tác với hệ vi sinh đường ruột

SCFA không chỉ là sản phẩm chuyển hóa mà còn điều hòa cấu trúc và chức năng cộng đồng vi sinh. Môi trường axit do SCFA tạo ra ức chế vi khuẩn gây hại (Salmonella, E. coli) và kích thích sinh trưởng vi khuẩn có lợi (Lactobacillus, Bifidobacterium).

Nhờ khả năng ức chế HDAC, SCFA thúc đẩy biểu hiện gen liên quan đến sản xuất chất nhầy (MUC2) và peptide kháng khuẩn (defensins), củng cố hàng rào niêm mạc ruột. Ví dụ:

  • Butyrat tăng biểu hiện MUC2 gấp 2–3 lần trong tế bào HT-29 (Biomedicine & Pharmacotherapy).
  • Axetat và propionat kích thích sản xuất defensins qua thụ thể GPR43.

Sự mất cân bằng SCFA (thiếu butyrat) trong viêm đại tràng Crohn, viêm loét đại tràng liên quan chặt chẽ đến giảm đa dạng hệ vi sinh và tổn thương niêm mạc.

Xu hướng nghiên cứu và thách thức

Các hướng nghiên cứu hiện nay tập trung vào:

  1. Tác động epigenetic: Vai trò ức chế HDAC của SCFA trong điều hòa biểu hiện gen miễn dịch và chuyển hóa (Nature Reviews Gastroenterology & Hepatology).
  2. Liệu pháp điều chỉnh vi sinh: Sử dụng prebiotics, synbiotics để tăng sinh SCFA, thử nghiệm lâm sàng giai đoạn II–III.
  3. Công nghệ nano: Đóng gói SCFA vào hạt nano, hướng đích đến tế bào biểu mô ruột hoặc mô mỡ.

Thách thức chính gồm:

  • Định lượng chính xác SCFA tại vị trí sinh lý (không chỉ trong phân) và phân bố mô học.
  • Thiếu dữ liệu lâm sàng quy mô lớn, đa trung tâm xác nhận hiệu quả điều trị SCFA.
  • Tạo dạng bào chế ổn định, kiểm soát giải phóng có kiểm soát tại ruột.

Tài liệu tham khảo

  1. Smith, P. M., Howitt, M. R., Panikov, N., et al. (2013). The microbial metabolites, short-chain fatty acids, regulate colonic Treg cell homeostasis. Science, 341(6145), 569–573.
  2. Ríos-Covián, D., Ruas-Madiedo, P., Margolles, A., et al. (2016). Intestinal Short Chain Fatty Acids and their Link with Diet and Human Health. Front. Microbiol., 7:185.
  3. European Food Safety Authority (EFSA). (2020). Scientific Opinion on the safety and efficacy of short-chain fatty acids as feed additives. EFSA Journal, 18(2):e05936.
  4. PubMed. (2017). Dietary fiber and SCFA: Metabolic health interactions. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/28694726/.
  5. MDPI Nutrients. (2019). Role of Short-Chain Fatty Acids in Gut Health and Disease. Nutrients, 11(8):1840.
  6. Biomedicine & Pharmacotherapy. (2018). Butyrate enhances mucin production via HDAC inhibition. doi.org/10.1016/j.biopha.2018.09.071.
  7. ECCO Journal. (2017). Oral butyrate for ulcerative colitis: A pilot study. doi.org/10.1093/ecco-jcc/jjx112.
  8. NCBI PMC. (2017). Clinical effects of oral butyrate in IBS. PMC5632756.

Các bài báo, nghiên cứu, công bố khoa học về chủ đề axit béo chuỗi ngắn:

Axit béo chuỗi ngắn và chức năng ruột kết con người: Vai trò của tinh bột kháng và polyme không phải tinh bột Dịch bởi AI
Physiological Reviews - Tập 81 Số 3 - Trang 1031-1064 - 2001
Tinh bột kháng (RS) là tinh bột và các sản phẩm tiêu hoá trong ruột non đi vào ruột già. Điều này xảy ra vì nhiều lý do bao gồm cấu trúc hóa học, nấu chín thực phẩm, biến đổi hóa học và quá trình nhai thức ăn. Vi khuẩn đường ruột ở người lên men RS và polyme không phải tinh bột (NSP; thành phần chính của chất xơ thực phẩm) thành các axit béo chuỗi ngắn (SCFA), chủ yếu là axetat, propionat ...... hiện toàn bộ
#tinh bột kháng #polyme không phải tinh bột #axit béo chuỗi ngắn #chức năng ruột kết #butyrate #prebiotic #vi khuẩn đường ruột #ung thư đại tràng
Bài viết tổng quan: Axit béo chuỗi ngắn như những tác nhân điều trị tiềm năng trong các rối loạn tiêu hóa và viêm ở người Dịch bởi AI
Alimentary Pharmacology and Therapeutics - Tập 48 Số 1 - Trang 15-34 - 2018
Tóm tắtĐặt vấn đềButyrate, propionate và acetate là các axit béo chuỗi ngắn (SCFA), đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì một đại tràng khỏe mạnh và được coi là có tác dụng bảo vệ trong sự hình thành ung thư đại trực tràng. Tuy nhiên, chúng cũng có thể điều chỉnh c...... hiện toàn bộ
#axit béo chuỗi ngắn #butyrate #propionate #acetate #công thức sinh học #viêm #rối loạn tiêu hóa
Ghép vi khuẩn phân phục hồi bệnh Alzheimer trong chuột chuyển gen APP/PS1 Dịch bởi AI
Translational Psychiatry - Tập 9 Số 1
Tóm tắtBệnh Alzheimer (AD) là loại sa sút trí tuệ phổ biến nhất ở người cao tuổi. Việc điều trị AD vẫn là một nhiệm vụ khó khăn trong lâm sàng. AD có liên quan đến hệ vi sinh vật đường ruột bất thường. Tuy nhiên, vẫn còn ít thông tin về vai trò của việc ghép vi khuẩn phân (FMT) trong AD. Ở đây, chúng tôi đã đánh giá hiệu quả của FMT trong việc điều trị AD. Chúng tô...... hiện toàn bộ
#Bệnh Alzheimer #chuyển gen #ghép vi khuẩn phân #vi sinh vật đường ruột #axit béo chuỗi ngắn
Vi sinh vật đường ruột và sự đóng góp chuyển hóa của chúng đối với bệnh tiểu đường type 2 và béo phì Dịch bởi AI
Journal of Diabetes & Metabolic Disorders - Tập 20 - Trang 1855-1870 - 2021
Béo phì và bệnh tiểu đường type 2 (T2DM) là những rối loạn chuyển hóa mãn tính phổ biến, có liên quan đến những vấn đề sức khỏe lâu dài đáng kể ở mức độ dịch tễ toàn cầu. Các vi sinh vật đường ruột được công nhận là đóng vai trò trung tâm trong việc duy trì sự cân bằng của vật chủ; và thông qua sự tiến bộ trong công nghệ ở cả mô hình động vật và con người, ngày càng rõ ràng rằng vi sinh vật đường ...... hiện toàn bộ
#béo phì #bệnh tiểu đường type 2 #vi sinh vật đường ruột #axit béo chuỗi ngắn #phản ứng viêm #trục ruột não
Chất xơ có thể chống lại dị ứng không? Dịch bởi AI
Springer Science and Business Media LLC - Tập 23 - Trang 12-12 - 2014
Việc tiêu thụ chất xơ có thể góp phần hình thành một hồ sơ thuận lợi của các axit béo chuỗi ngắn lưu thông. Điều này cũng có ảnh hưởng đến các bộ phận xa hơn ngoài đường ruột và bảo vệ chống lại các viêm nhiễm dị ứng ở phổi.
#chất xơ #dị ứng #axit béo chuỗi ngắn #viêm nhiễm #hệ tiêu hóa
Vai trò cải thiện của nước giàu hydro đối với viêm ruột do NSAID thông qua làm giảm ROS và sản xuất axit béo chuỗi ngắn Dịch bởi AI
Digestive Diseases and Sciences - Tập 68 - Trang 1824-1834 - 2022
Viêm ruột do thuốc chống viêm không steroid (NSAID) gây ra, cơ chế liên quan đến stress oxy hóa, có thể dẫn đến tử vong do xuất huyết. Do đó, chúng tôi nhằm mục đích điều tra tác động của nước giàu hydro (HRW), xét về stress oxy hóa, đối với tổn thương niêm mạc ruột cũng như sự thay đổi trong hệ vi sinh vật đường ruột và hàm lượng axit béo chuỗi ngắn (SCFAs) trong phân. Nước giàu hydro đã được cho...... hiện toàn bộ
#nước giàu hydro #viêm ruột #NSAID #stress oxy hóa #axit béo chuỗi ngắn
Muối của Axit Béo Chuỗi Ngắn Tăng Hoạt Động của Các Kênh K+ Được Kích Hoạt bởi Ca2+ Có Độ Dẫn Điện Lớn và Giảm Dao Động Canxi Trong Các Tế Bào GH3 Của Chuột Cưng Dịch bởi AI
Biophysics - Tập 68 - Trang 561-569 - 2023
Các axit béo chuỗi ngắn (bao gồm axit acetic, propionic và butyric) là các chuyển hóa của hệ vi sinh vật, có thể có nhiều tác động sinh lý khác nhau cả trong ruột và bên ngoài nó, bao gồm trong hệ thần kinh trung ương. Mục đích của công trình nghiên cứu của chúng tôi là khảo sát ảnh hưởng của natri acetat, propionat và butyrat lên hoạt động của các kênh K+ được kích hoạt bởi Ca2+ có độ dẫn điện lớ...... hiện toàn bộ
#axit béo chuỗi ngắn #kênh K+ được kích hoạt Ca2+ #tế bào GH3 #dao động canxi #tác dụng sinh lý
Hỗn hợp dinh dưỡng từ axit béo chuỗi ngắn, tác nhân thực vật và phức hợp thẩm thấu cải thiện sự sinh trưởng, enzym chống oxy hóa và khả năng miễn dịch ở giống tôm chân trắng (Penaeus vannamei) Dịch bởi AI
Springer Science and Business Media LLC - Tập 31 - Trang 847-866 - 2022
Một nghiên cứu kéo dài 8 tuần được tiến hành nhằm khảo sát ảnh hưởng của Biotronic Top3 (BTT3), là một hỗn hợp axit béo chuỗi ngắn (formate, propionate và acetate), một tác nhân thực vật (cinnamaldehyde) và một phức hợp thẩm thấu (Biomin), trên thanh tôm chân trắng (Penaeus vannamei) ở giai đoạn con giống. Năm công thức thức ăn có hàm lượng protein tương đương (~38%) được chế tạo và bổ sung BTT3 v...... hiện toàn bộ
#Penaeus vannamei #BTT3 #axit béo chuỗi ngắn #enzyme chống oxy hóa #khả năng miễn dịch
Tổng số: 8   
  • 1