近年来，肠道微生物对人类健康的影响引起了广泛的关注。健康的肠道菌群是宿主健康的决定因素之一。研究表明，肠道微生物可以影响宿主的许多代谢过程，包括矿质代谢。微生物参与钙、铁、镁、硒、铜、锌和银的代谢。现在，各种各样的益生菌越来越受欢迎，人们也经常不加控制的补充大量的营养物质和微量营养元素，这样真的好吗？我们需要对肠道微生物与矿物质之间的相互作用有一个可靠的认识。今天，我们就一起了解一下肠道微生物与矿物质之间直接或间接的相互作用以及这种相互作用对宿主健康的影响。

肠道中的矿物质

矿物质对人体有许多重要的功能。铁是血红蛋白的组成部分，血红蛋白负责氧气和肌红蛋白的运输。此外，铁也是许多酶的一部分，比如过氧化氢酶、过氧化物酶和细胞色素。铁通常以Fe2+的形式在十二指肠和小肠被吸收，铁被吸收以后与胃肠道黏膜的去铁铁蛋白连接形成铁蛋白，此时，铁以Fe3+的形式存在。血液中的铁被转铁蛋白运输。铁以铁蛋白的形式储存于肝脏中。

钙是重要的骨骼成分。更重要的是，它是酶激活剂，参与生物电脉冲的传导、血液凝固、肌肉收缩、炎症和激素分泌。钙在存在活性形式的维生素D-骨化三醇时在小肠被吸收。镁是一种骨骼成分，参与神经传导和核糖体加工。镁在小肠被吸收，一种是通过电化学梯度差的被动运输，一种是通过TRPM6蛋白参与的促进扩散。磷是骨骼、核酸和能量转移化合物（比如ATP）的结构组分。它的吸收主要发生在小肠上部，通过生长激素、甲状旁腺素和维生素C调节的主动运输来完成。

铜是多种酶的结构组成部分，参与神经传导和稳定神经元细胞膜。它是在蛋白转运体CTR1和ATP7A的参与下在小肠被吸收的。锌也是多种酶的重要组成部分，此外，它负责核酸代谢和信号转导。锌主要在小肠被吸收，同时也在胃和大肠中被吸收。硒是硒代半胱氨酸和硒代甲硫氨酸的组成部分，是甲状腺激素脱碘酶的辅因子。膳食中的硒在维生素A、E、C和低分子蛋白存在的情况下在胃肠道中被吸收。

锰是一种骨骼成分，也存在于许多酶的中心。在胃肠道中，它被二价金属转运蛋白1（DMT1）所吸收。银在人类机体中的作用以及它被吸收的方式目前了解得还不是清楚。但是据了解，银可以参与免疫过程，并能以银离子的形式在肠道被吸收。

人体内矿物质的含量主要取决于它们的供给。矿物质主要在胃肠道中被吸收，特别是肠道。影响矿物质的生物利用率的主要因素有：食物中矿物质的含量、食物和胃肠道中矿物质之间的协同和拮抗作用、食物中络合物或螯合物的存在、机体的健康状况及其年龄、环境污染物、食物加工技术等等。肠道微生物、益生菌和益生元对矿物质的生物利用度有显著影响，可以增加或减少矿物质的吸收，特别是铁、钙。

健康状态下的肠道菌群和矿物质代谢

在健康人群中，肠道微生物与矿物质之间的相互作用的研究还相当缺乏。我们迫切需要了解健康条件下的肠道菌群与矿物质之间的相互作用，而不仅仅是在各种疾病的情况下，以便建立新的更加有效的营养补充指南。

绝经后的妇女补充瑞士乳杆菌发酵乳可导致血液甲状旁腺激素水平降低，而血液总钙、离子钙和磷的水平升高，尿液中钙的浓度也升高。结果，骨吸收也明显降低了（骨吸收是骨组织的体积和密度逐渐发生下降的生理行为）。

血钙浓度的增加不仅可以通过增加钙的摄入，也可以通过增加可溶性玉米纤维的摄入，可溶性玉米纤维也具有益生元的特性。可溶性玉米纤维可通过改变肠道中副拟杆菌属、梭菌属等细菌的生长从而增加肠腔内钙的吸收。可溶性玉米纤维的这种有益作用在成年人群和青少年人群中都有观察到。

孕妇口服补钙不足以维持正常的血钙浓度，而补充含有嗜酸乳杆菌和乳双歧杆菌的益生菌酸奶能够帮助妊娠晚期的妇女维持正常的血钙水平。这与益生菌可以提高钙的溶解度和增加钙吸收有关。此外，益生菌产生的短链脂肪酸，能够提高蛋白质消化率，增加钙的释放和吸收。

肠道微生物影响肠道黏膜屏障功能和肠道连蛋白的浓度，连蛋白是调节我们的肠道上皮细胞相互连接的蛋白质，它让我们的肠道上皮保持紧致，从而防止外物的入侵，保证营养和矿物质的正常吸收。一项对孕妇的研究表明，肠道拟杆菌科、韦荣氏球菌科、拟杆菌属、布劳特氏菌属细菌丰度降低和栖粪杆菌属细菌丰度升高与连蛋白的水平降低有关。特别是布劳特氏菌属细菌与连蛋白水平显著正相关，而普氏栖粪杆菌与连蛋白水平显著负相关。因此，通过适当调节肠道菌群可以改善肠壁对矿物质的通透性，从而对母体和胎儿的矿质代谢产生积极的影响。

疾病状态下的肠道菌群和矿物质代谢

许多肠道病原菌，比如沙门氏菌、志贺氏菌和大肠杆菌，会在肠道中争夺未被吸收的铁。肠道中合适的铁浓度会影响这些细菌在肠道定植的能力和它们的毒性。乳杆菌属的肠道共生菌能够阻止肠道病原菌的定植，它们不需要铁来进行自身的代谢过程，而且缺乏从肠腔吸收铁所需的铁载体（siderophores）；取而代之的是，它们吸收锰来进行自身的代谢。饮食中铁的摄入过量会导致肠道病原菌的大量生长，降低宿主肠道中铁的利用率。缺铁会导致肠道中罗斯拜瑞氏菌属、拟杆菌属细菌和直肠真杆菌的减少以及肠杆菌科细菌增加；在缺铁性贫血的人群中也观察到了这一点。这种影响因为卫生条件差和缺乏干净的饮用水而加剧，比如肯尼亚的儿童就患有贫血症。在缺铁饮食的儿童中粪便铁的浓度与粪便乳杆菌的浓度成反比。其确切的机制尚不清楚。有研究表明这种反比关系可能是由于肠道微生物对铁的吸收增加所致。乳酸菌的生长不需要铁的参与，所以它可以在缺铁的状态下生存。一项对克罗恩患者的研究表明，从饮食中去除铁元素，可以改善患者的肠道菌群和降低疾病的严重程度。风湿性疾病，比如风湿性关节炎导致的慢性炎症，会对口腔菌群和肠道菌群中铁、锌、银、硫的运输和代谢产生不良影响。

钙影响人体许多代谢过程。补充益生菌可对2型糖尿病患者的血清钙浓度产生有益影响。这一过程主要是由于肠道环境的有利变化和肠道短链脂肪酸的产生，增加了蛋白质的消化率，提高膳食中钙的释放和吸收。同时，钙也表现出一定的益生元特性。钙有利于改善肠道菌群，通过沉积胆汁酸和脂肪酸导致乳杆菌的数量增加，并减少对肠道黏膜的损害。钙的这些益生元特性也能对肥胖和2型糖尿病患者的健康状况产生有益的影响。

最近，也有研究表明，即使是正常的肠道微生物也可能对健康产生负面影响。肠道细菌可产生许多尿毒症毒素，在慢性肾病患者中会引起慢性肾病相关的矿物质和骨骼异常。慢性肾病相关的矿物质和骨骼异常会导致尿毒症性骨质疏松症，增加髋骨骨折的风险。引起慢性肾病相关的矿物质和骨骼异常的主要尿毒症毒素包括大肠杆菌产生的硫酸吲哚酚和腐败细菌产生的硫酸对甲酚。硫酸对甲酚会导致甲状旁腺激素诱导的cAMP产生减少，通过破坏DNA降低细胞生存能力，增加活性氧的产生。硫酸吲哚酚，与硫酸对甲酚一样，导致甲状旁腺激素诱导的cAMP产生减少，减少甲状旁腺激素受体的产生。通过补充益生菌、益生元或合生元减少尿毒症毒素的含量并降低骨骼异常，可以帮助改善慢性肾病患者的矿质代谢。

肠道细菌与矿物质相互作用的主要机制包括：微生物对矿物质的结合；改变肠道环境从而改变对矿物质的吸收；促进肠道病原菌或有益菌的生长；不同菌株对矿物质的竞争；矿物质改变细菌生化过程；微生物和矿物质改变宿主的生化途径；改变宿主肽类、激素和细胞因子的合成、分泌和吸收；以及微生物对疾病强度的影响。这些作用机制取决于许多因素，例如：矿物质、细菌菌株、宿主的健康状态、药物和膳食补充剂、饮食和环境。肠道细菌与矿物质的相互作用通过建立许多相互依赖的系统，比如肠-脑-内分泌免疫轴，对宿主的状态产生积极或消极的影响。因此，还需要深入的研究精确的了解肠道菌群与矿物质之间的相互作用机制。

钙、铁、锌、硒等虽然是人体必需的，在人体生长发育、免疫和内分泌等重要生理过程中发挥着重要的作用，但是在前面我们提到过，过量补锌会改变肠道菌群增加艰难梭菌感染的机会（参考：补锌需谨慎，过量补锌改变肠道菌群增加艰难梭菌的感染）。缺铁容易造成缺铁性贫血，在结肠癌患者中缺铁和贫血很常见；但是过量补铁也会促进肠道病原菌的生长，反而降低肠道中铁的利用率，甚至促进结肠癌的发生。我们需要迫切了解人体对各种矿物质的生物利用度，了解肠道菌群与矿质代谢之间的关系，了解经常过量补充矿物质对肠道菌群的影响，了解益生菌对于矿物质的生物利用率及其代谢的影响，以便于建立关于矿物质补充的新指南，在未来我们将需要根据人们在健康或疾病状态下的肠道菌群状况优化饮食中矿物质的补充。