Dietary Protein and Gut Microbiota Composition and Function - TRADUZIDO

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Ciência atual de proteínas e peptídeos,2019, 20,145-154
ARTIGO DE REVISÃO
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Proteína dietética e composição e função da microbiota intestinal - -
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Jianfei Zhaoa, b, Xiaoya Zhangb, Hongbin Liub, Michael A. Brownce Shiyan Qiaob,*
umaFaculdade de Ciência e Tecnologia Animal, Universidade Agrícola de Hunan, Changsha, Hunan, China;bLaboratório Chave do 
Estado de Nutrição Animal, Centro da Indústria de Rações do Ministério da Agricultura, Universidade Agrícola da China, Pequim, 
China;cDepartamento de Ciência Animal, Oklahoma State University, Stillwater, OK, EUA
Abstrato:A proteína dietética e seus metabólitos, aminoácidos, são nutrientes essenciais para humanos e animais. 
Pesquisas acumuladas revelaram que a microbiota intestinal medeia a conversa cruzada entre o metabolismo das proteínas 
e a resposta imune do hospedeiro. Os micróbios intestinais estão envolvidos no processo de digestão, absorção, 
metabolismo e transformação da proteína dietética no trato gastrointestinal. Os aminoácidos podem ser metabolizados em 
inúmeros metabólitos microbianos, e esses metabólitos participam de várias funções fisiológicas relacionadas à saúde e 
doenças do hospedeiro. Os componentes da proteína dietética afetam a composição da microbiota intestinal e os 
metabólitos microbianos. A fonte, concentração e equilíbrio de aminoácidos da proteína dietética são fatores primários que 
contribuem para a composição, estrutura e função dos micróbios intestinais. Recomenda-se uma relação adequada entre 
proteína e carboidrato ou mesmo uma dieta pobre em proteínas em relação a uma dieta com excesso de proteínas em 
relação às necessidades. Níveis maiores e proteína não digerida levam a um aumento de microrganismos patogênicos com 
maior risco associado de doenças metabólicas. Aqui, a conversa cruzada entre a proteína dietética e a composição e função 
da microbiota intestinal é resumida, o que ajudará a revelar o mecanismo potencial dos micróbios intestinais na saúde do 
trato gastrointestinal.
HISTORIA DO ARTIGO
Recebido: 13 de fevereiro de 2018 
Revisado: 19 de abril de 2018 Aceito: 
05 de maio de 2018
DOI:
10.2174/1389203719666180514145437
Palavras-chave:Metabolismo proteico dietético, microbiota intestinal, metabólitos, transportador de aminoácidos, barreira mucosa, saúde do hospedeiro.
1. INTRODUÇÃO metabólitos rial estão envolvidos em várias funções fisiológicas e 
têm efeitos benéficos ou deletérios sobre o hospedeiro 
dependendo de suas concentrações.A proteína dietética é um dos nutrientes mais essenciais para a 
coagulação do sangue, equilíbrio de fluidos, produção de hormônios e 
enzimas, visão e reparo celular. Os micróbios intestinais estão envolvidos 
no metabolismo das proteínas [1], e desempenham papéis importantes na 
relação entre a utilização de nutrientes e a resposta do hospedeiro [2].
As comunidades da microbiota intestinal são influenciadas por 
componentes da proteína da dieta, especificamente as fontes e 
concentrações de proteína na dieta. Proteína de origem vegetal,por 
exemplo., soja e amendoim, são comumente usados para humanos 
e animais. No entanto, apresentam baixa digestibilidade da proteína 
bruta devido a fatores antinutricionais, como glicinina e β-conglicinina 
na soja [9]. Por isso, uma série de estudos têm sido realizados para 
desenvolver tecnologia para eliminar os fatores antinutricionais da 
proteína vegetal. Em contraste, a proteína derivada de animais na 
dieta pode ser facilmente digerida pelos aeróbios no intestino grosso 
com menor incidência de diarreia induzida por nutrição. Caseína de 
leite, leite desnatado em pó e farinha de peixe são exemplos de 
proteínas animais apropriadas para suínos. Além disso, a 
concentração de proteína na dieta é um fator importante para a 
saúde do hospedeiro. Se a proteína da dieta exceder as necessidades, 
a homeostase da microbiota intestinal pode ser interrompida, 
resultando em distúrbios intestinais, desperdício de recursos de 
nitrogênio e poluição ambiental [5]. Portanto, é importante entender 
as interações entre o metabolismo das proteínas e a microbiota 
intestinal. Além disso, é importante entender os efeitos de diferentes 
componentes da proteína dietética na microbiota e função intestinal. 
As interações da proteína dietética, microbiota intestinal e reação do 
hospedeiro serão enfatizadas nesta revisão.
Os papéis dos micróbios no metabolismo de aminoácidos no 
intestino grosso foram bem documentados [3-5]. Em estudos 
recentes, a função dos micróbios no metabolismo das proteínas no 
intestino delgado também foi relatada [6,7]. A proteína dietética pode 
ser hidrolisada por proteases e peptidases para gerar aminoácidos, 
peptídeos e tripeptídeos no intestino. Esses produtos digestivos são 
utilizados por certos micróbios ou absorvidos em enterócitos no 
intestino delgado. É possível que a troca de aminoácidos entre a 
microbiota e o hospedeiro seja em ambas as direções. A microbiota 
atua como parte essencial da reciclagem de proteínas e nitrogênio da 
dieta no intestino delgado. Além disso, os aminoácidos não digeridos 
geralmente não são absorvidos pelos colonócitos, mas fermentados 
em numerosos metabólitos bacterianos ou produtos finais, como 
ácidos graxos de cadeia curta, sulfato de hidrogênio e amônia [8]. 
Essas bactérias
* Correspondência de endereço para este autor no State Key Laboratory of 
Animal Nutrition, Ministério da Agricultura Feed Industry Center, China; 
Universidade Agrícola, No. 2 Yuanmingyuan West Road, Pequim 100193, 
China; E-mail: qiaoshy@nferc.org
1875-5550/19 $ 58,00 +,00 © 2019 Bentham Science PublishersCi
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146Ciência atual de proteínas e peptídeos,2019, Vol. 20, nº 2 Zhao et ai.
2. O CROSSTALK ENTRE FOREGUT MI-CROBES E 
METABOLISMO DE PROTEÍNAS
gado alimentado com leite apresentou 32% de leucina nas amostras 
extraídas pelas vísceras drenadas portal no metabolismo de primeira 
passagem do intestino delgado, enquanto apenas 21% de leucina foi 
utilizada para a síntese de proteínas na mucosa intestinal [16]. É 
provável que aminoácidos luminais essenciais e não essenciais sejam 
provavelmente utilizados pelos micróbios intestinais. No entanto, as 
proporções do metabolismo de aminoácidos no metabolismo de 
primeira passagem do intestino delgado, enterócitos, outras células 
na lâmina própria ou por certos micróbios intestinais ainda precisam 
ser determinadas.
2.1. Bactérias alteram o metabolismo das proteínas no intestino 
delgado
A composição da microbiota intestinal associada ao 
catabolismo de proteínas no intestino delgado é muito 
semelhante à descrita nas fezes [2]. Tem sido relatado que as 
bactérias primárias relacionadas ao metabolismo de proteínas no 
intestino delgado consistem emKlebsitella spp.,Escherichia coli,
Streptococcus spp,Succinivibrio dextrinosolvens,Mitsuokella spp., 
e Anaerovibrio lipolytica. Algumas dessas bactérias podem 
metabolizar diretamente aminoácidos e têm a capacidade de 
secretar várias proteases e peptidases [7].Prevotella ruminicola, 
Butyrivibrio fibrisolvens,Mitsuokella multiácidos, e Streptococcus 
bovispode secretar dipeptidil peptidase e dipeptidase altamente 
ativos para digestão e absorção de proteínas nos animais 
monogástricos.
As taxas de produção da proteína dietética e o destino 
metabólico dos aminoácidos dependem da composição das 
populações bacterianas e sua localização no intestino. Por 
exemplo,Lactobacillus johnsonii(L. johnsonii) é um habitante 
comum no intestino delgado. A análise do genoma mostrou que 
esta bactéria carece completamente do gene que codifica as vias 
biossintéticas envolvidas na produção de aminoácidos [17]. 
Adicionalmente,L. johnsoniinão parece assimilar amônia ou 
participar das viasmetabólicas para assimilação de enxofre. No 
entanto,L. johnsoniiproduz uma protease extracelular, 3 
transportadores de oligopeptídeos, mais de 25 peptidases 
citoplasmáticas e 20 transportadores do tipo aminoácido-
permease. Essas características sugerem queL. johnsonii pode 
utilizar aminoácidos ou peptídeos exógenos para a síntese de 
proteínas. Outras bactérias possuem outros mecanismos de 
síntese proteica e os vários mecanismos são numerosos demais 
para detalhar nesta revisão, mas basta dizer que o bioma 
gastrointestinal é um ecossistema complexo.
2.2. O destino da proteína dietética digerida por bactérias no 
intestino delgado
A proteína dietética é digerida em aminoácidos e 
oligopeptídeos por proteases e numerosas peptidases no 
intestino delgado (Fig.1). Tem sido relatado que as bactérias 
residentes assimilam ou catabolizam substancialmente proteínas 
e aminoácidos no intestino delgado [6, 7, 10]. Estudos genômicos 
e de fisiologia mostraram que os micróbios intestinais possuem 
enzimas especializadas para a utilização de aminoácidos [11]. A 
proteína dietética é uma fonte primária de aminoácidos para a 
microbiota intestinal que pode ser utilizada para a síntese de 
proteínas e geração de energia metabólica.
3. METABOLISMO DE PROTEÍNAS POR MI-CROBES E 
MICROBÓLITOS
Poucos estudos foram realizados para testar se aminoácidos 
essenciais e não essenciais podem ser usados por micróbios 
intestinais no intestino delgado. A capacidade das bactérias 
intestinais em metabolizar aminoácidos livres também foi evidenciada
em vitrosob condições fisiológicas [7]. O teor de lisina foi 
relativamente menor em enterócitos isolados de leitõesem vitro em 
comparação com a absorção de aminoácidosna Vivo, sugerindo que 
os micróbios podem participar do catabolismo de alguns aminoácidos 
essenciais no intestino delgado [12]. Tem sido levantada a hipótese de 
que os aminoácidos são trocados entre a microbiota e o hospedeiro 
[13]. Um estudo anterior examinou a capacidade de incorporar15N de
15NH4Cl em lisina corporal em ratos convencionais e livres de 
micróbios, e os resultados mostraram que o
15A N-lisina medida no hospedeiro era de micróbios [14].
3.1. Micróbios Modulam o Metabolismo de Proteínas no Cólon
A atividade proteolítica no intestino grosso de animais 
monogástricos tem sido atribuída principalmente aos gêneros de
Bacteroides,Propionibacterium,Estreptococo,Fusobacterium, 
Clostridium, eLactobacillus[1, 8].Clostridiumpode ser classificado 
emClostridium spp.,Fusobacterium spp.,Peptostreptococcus spp.,
Veillonella spp.,Megashark Elsden, Acidaminococcus fermentans, 
eSelenomonas ruminantium[6].Bacteroidespodem secretar 
proteases com atividade presumida perto da borda em escova 
das células absortivas. Crescimento excessivo deBacteroides
espécie resulta em um excesso de proteases, que podem 
degradar as enzimas maltase e surase nas bordas em escova dos 
enterócitos [18].
A digestão da proteína dietética seguida pela absorção de 
aminoácidos e peptídeos no epitélio do intestino delgado é um 
processo eficiente [19-21]. A proteína altamente digerível pode 
escapar parcialmente da digestão no intestino delgado [22], e 
quantidades substanciais de material nitrogenado podem ser 
transferidas do intestino delgado para o intestino grosso. A proteína e 
os peptídeos não digeridos sofrem proteólise via micróbios intestinais 
e proteases pancreáticas residuais, resultando na produção de 
numerosos metabólitos microbianos (Fig.1) [23]. Alguns desses 
metabólitos microbianos são produtos intermediários e outros são 
produtos finais [2]. Os numerosos produtos finais são principalmente 
ácidos graxos de cadeia curta, amônia, poliaminas, sulfeto de 
hidrogênio e compostos fenólicos e indólicos. Alguns desses 
metabólitos bacterianos podem ser transportados para os colonócitos 
e exercer efeitos benéficos ou deletérios sobre essas células epiteliais, 
dependendo de suas concentrações no lúmen. Algumas das bactérias
Foi relatado que os enterócitos estão envolvidos no catabolismo 
de aminoácidos e desempenham papéis fundamentais na imunidade 
inata e adaptativa com modulação da função da barreira intestinal 
[15]. Alguns aminoácidos essenciais não são catabolizados em células 
epiteliais isoladas de suínos e podem ser absorvidos pelo epitélio do 
hospedeiro ou utilizados por certos micróbios intestinais. A 
capacidade metabólica de enterócitos isolados de suínos para o 
catabolismo de treonina está ausente [12], o que é relevante para a 
secreção de mucina, pois as mucinas são glicoproteínas ricas em 
treonina. A microbiota intestinal reside na camada mucosa externa do 
lúmen intestinal e interage intimamente com as mucinas. Qualquer 
alteração na microbiota intestinal pode afetar a secreção de mucina. 
O destino metabólico de aminoácidos de cadeia ramificada, como 
leucina, isoleucina e valina, também têm sido de interesse no 
intestino delgado. Porco-
Proteína dietética e composição e função da microbiota intestinal Ciência atual de proteínas e peptídeos,2019, Vol. 20, nº 2147
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Figura 1).Catebolitos proteicos no trato gastrointestinal.
metabólitos triais são transportados para o sangue portal e 
podem exercer vários efeitos fisiológicos no fígado e órgãos e 
tecidos periféricos [1].
e defesa imunológica [31, 32]. Os SCFA estão envolvidos em vários 
processos fisiológicos e desempenham papéis importantes na 
manutenção da integridade intestinal, homeostase da glicose e 
regulação do apetite [33]. Além de fornecer energia para os 
colonócitos, o butirato é um substrato para SLC5A8. Este gene 
codificador de proteína inibe a atividade da histona deacetilase, que 
funciona como um regulador epigenético para induzir apoptose em 
uma variedade de tumores [34, 35]. O butirato pode estimular a 
população de neutrófilos pela regulação positiva da expressão de 
peptídeos de defesa do hospedeiro, o que é benéfico na destruição 
dos patógenos e no aumento da resistência à doença [36, 37].
3.2. Metabólitos microbianos e sua função na saúde do 
hospedeiro no intestino posterior
3.2.1. Ácidos graxos de cadeia curta (SCFA)
Os ácidos graxos de cadeia curta (AGCC) são produtos finais do metabolismo bacteriano no intestino grosso, 
que consistem principalmente de acetato, butirato e propionato. Os substratos para SCFA são principalmente de 
fibra dietética e amido resistente [11]. No entanto, as proteínas não digeridas também são um substrato para os 
produtos SCFA. Vários aminoácidos liberados da proteína dietética no intestino grosso são precursores para a 
síntese de SCFA. O acetato pode ser produzido pelo micróbio intestinal a partir de glicina, alanina, treonina, 
glutamato, lisina e aspartato. O butirato pode ser sintetizado a partir de glutamato e lisina, e o propionato pode ser 
produzido a partir de alanina e treonina. A quantidade e o padrão dos produtos SCFA dependem principalmente da 
disponibilidade de nutrientes do substrato, da composição da microbiota intestinal e do tempo de trânsito intestinal 
[25]. Os SCFA são conhecidos por serem oxidados e usados como combustível para o epitélio colônico. Além disso, 
o SCFA pode ser transportado para os enterócitos colônicos direcionados ao ligante do receptor de ácidos graxos 
livres (FFAR), e a ativação da detecção de metabólitos em FFAR desempenha papéis importantes na modulação da 
deposição de tecido adiposo e absorção de nutrientes no intestino [26-28]. Os SCFA interagem com o fluxo 
sanguíneo intestinal e promovem a liberação de 5-serotonina, que pode ser regulada pelo eixo intestino-cérebro-
endócrino [29, 30]. Isso pode contribuir para o aumento da motilidade intestinal e do transporte de íons, resultando 
na alteração da composição da microbiota intestinal. e a ativação da detecção de metabólitos em FFAR desempenha 
papéis importantes na modulação da deposição de tecido adiposo e absorção de nutrientesno intestino [26-28]. Os 
SCFA interagem com o fluxo sanguíneo intestinal e promovem a liberação de 5-serotonina, que pode ser regulada 
pelo eixo intestino-cérebro-endócrino [29, 30]. Isso pode contribuir para o aumento da motilidade intestinal e do 
transporte de íons, resultando na alteração da composição da microbiota intestinal. e a ativação da detecção de 
metabólitos em FFAR desempenha papéis importantes na modulação da deposição de tecido adiposo e absorção de 
nutrientes no intestino [26-28]. Os SCFA interagem com o fluxo sanguíneo intestinal e promovem a liberação de 5-
serotonina, que pode ser regulada pelo eixo intestino-cérebro-endócrino [29, 30]. Isso pode contribuir para o 
aumento da motilidade intestinal e do transporte de íons, resultando na alteração da composição da microbiota 
intestinal.
3.2.2. Amônia
A amônia é encontrada em concentrações milimolares no 
intestino grosso [38]. O cólon proximal é caracterizado por baixo 
pH e alto teor de carboidratos em comparação com o cólon distal. 
Portanto, a concentração de amônia aumenta do cólon 
ascendente para o descendente, o que é consistente com uma 
maior taxa de metabolismo de proteínas no cólon distal em 
comparação ao cólon proximal. A concentração de amônia no 
intestino grosso é principalmente um metabólito microbiano 
associado à desaminação de aminoácidos e hidrólise da uréia. A 
microbiota intestinal pode usar amônia e a amônia pode ser 
absorvida pelas células epiteliais [39-41]. A hidrólise da uréia no 
lúmen intestinal é realizada por meio da atividade da urease 
bacteriana. Embora a atividade de urease deHelicobacter pylorifoi 
adequadamente estudado, há pouca informação sobre a 
atividade da urease de outros micróbios do intestino grosso. Um 
estudo recente relatou que parte da amônia é condensada com 
Lglutamato pela atividade da glutamina sintetase permitindo
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148Ciência atual de proteínas e peptídeos,2019, Vol. 20, nº 2 Zhao et ai.
síntese de glutamina [39]. Este é um possível mecanismo para 
controlar a concentração intracelular de amônia em colonócitos.
produção de rial e absorção colônica. Os compostos fenólicos 
parecem ser amplamente absorvidos pelo conteúdo colônico. Eles são 
parcialmente metabolizados durante sua transferência do lúmen para 
o sangue e no fígado e, finalmente, excretados na urina [51]. Uma 
análise comparativa dos metabólitos plasmáticos em camundongos 
livres de germes e convencionais revelou que os níveis de triptofano e 
tirosina aumentaram pelo menos 1,5 vezes em camundongos livres 
de germes [4]. Os produtos do metabolismo bacteriano envolvendo 
esses aminoácidos aromáticos incluem indoxil-sulfato, fenilsulfato, 
pcresol sulfato e fenilpropionilglicina são encontrados exclusivamente 
em camundongos convencionais. Muito pouco se sabe sobre os 
efeitos dos compostos fenólicos e indólicos nas células epiteliais do 
cólon.Em vitro, o fenol demonstrou diminuir a integridade da função 
de barreira [52]. Deve-se notar que quando a concentração de fenol é 
superior a 1,25 mM, irá prejudicar as células epiteliais do cólon [53].
3.2.3. Sulfeto de Hidrogênio (H2S)
Sulfeto de hidrogênio (H2S) é um tipo de metabólito 
microbiano produzido pela fermentação de aminoácidos 
contendo enxofre [42], como metionina e cisteína. H2S também é 
derivado da redução de sulfato inorgânico e aditivos de sulfito, e 
do catabolismo de sulfomuínas intestinais. Os micróbios 
intestinais são capazes de derivar energia da cadeia de carbono 
da cisteína através da dessulfidrase [43]. A metionina pode ser 
convertida em α-cetobutirato, amônia e metanotiol [44]. Esses 
metabólitos são atribuídos a um grupo taxonômico específico de 
bactérias, incluindoEscherichia. coli,Salmonella entérica, 
Clostridium spp.eEnterobacter aerogenes, que são comumente 
encontrados no intestino grosso [43].Enterobactérias, 
Enterococos,Peptoestreptococos,FusobactériaseEubactériasão 
capazes de fermentar aminoácidos contendo enxofre [44]. 4. FATORES PRINCIPAIS DA COMPOSIÇÃO E FUNÇÃO DA 
MICROBIOTA INTESTINA DE IMPACTO DA PROTEÍNA DIETA
3.2.4. Poliamina
As poliaminas são moléculas policatiônicas produzidas por 
colonócitos a partir de precursores de aminoácidos, incluindo 
arginina, ornitina e metionina. O epitélio colônico isolado de 
câncer de cólon é caracterizado por uma alta capacidade de 
síntese de poliaminas, possivelmente devido à alta necessidade 
de poliaminas das células neoplásicas para mitose contínua. Os 
micróbios colônicos podem produzir diferentes poliaminas, 
incluindo putrescina, agmatina, cadaverina, tiramina e histamina, 
a partir de precursores de aminoácidos, incluindo ornitina, 
arginina, lisina, tirosina e histidina. As poliaminas estão 
envolvidas nas atividades celulares bacterianas para crescimento, 
proliferação, secreção e transporte. Vários gêneros de bactérias 
colônicas são capazes de produzir poliaminas no ecossistema 
colônico, incluindo Bacteroides,Lactobacillus,Veillonella,
Bifidobactériae Clostridium[46]. Consequentemente, a 
composição da microbiota intestinal é um dos fatores que afetam 
o perfil de poliaminas e a partição no cólon [47].
Fatores associados à proteína da dieta, como fonte proteica, 
concentração e balanço de aminoácidos, podem influenciar o 
microecossistema intestinal. As mudanças na microbiota 
intestinal podem afetar o metabolismo das proteínas e os 
metabólitos microbianos, ambos intimamente associados à 
saúde do hospedeiro [54, 55]. Portanto, estratégias nutricionais 
adequadas são importantes para melhorar a função da barreira 
intestinal e a defesa imunológica de humanos e animais.
4.1. Fonte de proteína modula a composição e função 
da microbiota intestinal
As fontes proteicas são principalmente de origem vegetal ou 
animal, cada tipo com digestibilidade única e com diferentes 
padrões de degradação dependendo dos micróbios envolvidos. 
Gêneros bacterianos no cólon estão envolvidos no metabolismo 
de proteínas principalmente incluindoBacteroides,Coliforme, e
Clostridium[56]. A inibição desses patógenos potencialmente está 
frequentemente associada à restauração do equilíbrio do 
microecossistema, reduzindo a liberação de enterotoxinas e 
metabólitos microbianos adversos [57].
3.2.5. Fenol e Indol
Aminoácidos aromáticos de fenilalanina, tirosina e triptofano no 
cólon podem ser metabolizados em compostos fenólicos e indólicos 
por micróbios intestinais específicos [3]. No entanto, as interações 
entre o metabolismo de aminoácidos aromáticos e componentes 
específicos da microbiota colônica não foram adequadamente 
investigadas. Alguns dos metabólitos, como fenol e indol, são 
suspeitos de serem co-carcinógenos e promotores de câncer de cólon 
[48]. Os anaeróbios conhecidos por fermentar aminoácidos 
aromáticos incluemBacteroides,Lactobacillus, Bifidobactéria,
ClostridiumePeptoestreptococono intestino grosso. Os aminoácidos 
aromáticos são metabolizados lentamente pelas bactérias em 
comparação com outros aminoácidos no cólon. Eles podem produzir 
uma série de compostos fenólicos e indólicos como produtos finais, 
como p-cresol, indol, fenol e escatol. Foi relatado que a tirosina pode 
produzir fenol e p-cresol, enquanto o fenilacetato e o triptofano são 
catabolizados em indolacetato e indol durante a fermentação da 
pasta humana [49]. Em um relato, as concentrações de compostos 
fenólicos aumentaram no cólon distal, demonstrando alto 
metabolismo de aminoácidos na região distal do intestino grosso [50]. 
As concentrações de metabólitos indólicos e fenólicos são 
dependentes do equilíbrio entre as taxas de bactérias.
A proteína vegetal é utilizada na indústria de ração animal, pois 
geralmente tem preço mais baixo que a proteína animal e apresenta 
algumas vantagens relacionadas à segurança alimentar. A proteína 
vegetal normalmente tem menor digestibilidade proteica em 
comparação com a proteína animal associada à parede celular não 
digerível da planta. As proteínas da soja e do amendoim 
demonstraram ter papéis positivos na modulaçãoda composição 
bacteriana benéfica no intestino. Uma dieta enriquecida com 20% de 
proteína de amendoim alterou a diversidade da microbiota intestinal 
com aumento deBifidobactériacomunidades e uma redução
Enterobactérias eClotridium perfringensaem ratos [58]. Aumentou
Bifidobactériacontribui para a geração de mais metabólitos 
microbianos, incluindo ácido acético e ácido lático, resultando em um 
pH mais baixo no intestino que inibe produtos metabólitos tóxicos, 
como amina e benzopirol. A soja tem sido amplamente utilizada para 
humanos e animais, e pode alterar a composição da microbiota 
intestinal com o aumento das comunidades deEscherichiae
Propionibacterium[59-61]. A análise filogenética revelou que a
Escherichiatem a maior homologia comShigella[62], ambos são 
conhecidos por modular o sal
Proteína dietética e composição e função da microbiota intestinal Ciência atual de proteínas e peptídeos,2019, Vol. 20, nº 2149
e metabolismo da água sem comprometimento da mucosa 
intestinal [63]. No entanto, a soja contém fatores antinutricionais 
que podem resultar em efeitos negativos no desempenho, o que 
restringe sua aplicação em não ruminantes [64, 65].
uma dieta pobre em proteína refere-se a uma diminuição de 2 a 4% 
da recomendação do NRC (2012) e pode manter a saúde animal com 
poucos efeitos nutricionais adversos e resultar em melhor deposição 
de nitrogênio no gado [72]. Baixas concentrações de proteína 
dietética reduzem a quantidade de substrato para proliferação de 
bactérias patogênicas. Por exemplo,E. colicomunidades foram 
reduzidas na superfície da mucosa pelas baixas concentrações de 
proteína na dieta em humanos [73], o que está de acordo com outros 
estudos que relataram que a menor proteína na dieta diminuiu o 
substrato disponível paraE. coliproliferação [69, 74]. A mudança de 
micróbios intestinais em condições de proteínas mais baixas contribui 
para metabólitos bacterianos nitrogenados menos tóxicos,por 
exemplo., poliamina, que pode prejudicar a integridade intestinal e a 
defesa imunológica [75]. No entanto, quando a concentração de 
proteína na dieta é muito baixa para atender a necessidade básica do 
hospedeiro, pode aumentar a abundância de patógenos 
potencialmente patogênicos e diminuir a população de prebióticos.
Em comparação com as proteínas vegetais, as proteínas animais 
são altamente digeríveis para o gado. Caseína [66], leite desnatado 
em pó e farinha de peixe [29] são comumente usados como ração 
para suínos e podem ser digeridos em uma abundância de substratos 
protéicos e absorvidos antes de atingir o intestino grosso. As 
características metabólicas dessas proteínas animais são benéficas 
para a saúde do hospedeiro, principalmente para a função profilática 
contra a diarreia pós-desmame em leitões resultante do estresse 
ambiental e fatores antinutricionais em algumas proteínas vegetais 
[67]. A caseína pode ser digerida por enzimas do hospedeiro no 
intestino proximal, resultando em menor degradação via bactérias no 
intestino grosso [67, 68]. Especificamente, a caseína pode aumentar 
as comunidades deLactobaciloseBifidobactéria
[69], e diminuir as contagens deEstafilococos,Coliformes, e
Estreptococosnas fezes [62]. Além disso, a caseína pode 
modular a redução deEubacterium retaleMarvinbryantia 
formatexigens[70].
Um estudo mostrou que o número de aeróbios e anaeróbios 
das fezes aumentou quando os animais desmamados foram 
alimentados com proteína dietética de 100 a 200 g/kg, com esses 
níveis de proteína resultando em um aumento deLactobacilose 
redução de ColiformeseEstafilococosno intestino. No entanto, 
quando o nível de proteína da dieta foi superior a 200 g/kg, há 
aumento nas populações de patógenos, como Coliformes, 
EstreptococoeBacilo[51]. No entanto, concentrações mais baixas 
de proteína dietética diminuíram as bactérias produtoras de 
butirato, incluindoLactobacilos,BifidobactériaseSacarolítico, que 
servem como agentes anti-inflamatórios contra a carcinogênese 
e outros distúrbios intestinais [76, 77]. Em animais mais velhos, as 
populações da microbiota intestinal são relativamente robustas a 
pequenas mudanças nos níveis de proteína. Por exemplo, houve 
pouca diferença no número de bactérias em amostras fecais 
quando animais adultos foram alimentados com 190 g/kg e 150 
g/kg de proteína, respectivamente [78]. Isso sugere que a 
composição da microbiota intestinal está bem estabelecida e 
estável sob padrões regulares de dieta em adultos [79]. Dietas de 
baixa proteína também estão associadas a baixas concentrações 
de amônia [80], nitrogênio ureico plasmático e teores de SCFA na 
digesta ileal [81]. A amônia no intestino não é derivada da 
atividade da urease do hospedeiro, mas da atividade proteolítica 
e microbiana. Consequentemente,
A suplementação de leite desnatado seco pode aumentar os 
anaeróbios e aeróbios totais, enquanto a farinha de peixe dietética 
pode reduzir os aeróbios, incluindo coliformes e aumentar as 
populações de anaeróbios, comoLactobacilos spp.. Além disso, a 
proteína animal é caracterizada por uma redução de SCFA e um 
aumento do pH intestinal e concentração de amônia [51]. É evidente 
que os efeitos da fonte proteica sobre a microbiota intestinal não são 
consistentes, sendo necessários mais estudos para avaliar os efeitos 
de diferentes tipos de proteínas na digestibilidade e metabolismo 
proteico e na composição da microbiota intestinal.
4.2. A concentração de proteína influencia a composição e função 
da microbiota intestinal
A concentração de proteína na dieta é um fator primário que 
afeta a fermentação de proteínas e a composição microbiana 
intestinal (Fig.2) [71]. O fornecimento excessivo de proteína na dieta 
humana está relacionado a um risco aumentado de doença do cólon. 
Os compostos nitrogenados residuais que não são absorvidos no 
intestino delgado serão transferidos para o intestino distal e 
metabolizados pelos micróbios dessa porção do trato gastrointestinal. 
Tanto as quantidades quanto os tipos de metabólitos microbianos são 
influenciados pela quantidade ingerida de proteína na dieta. Alguns 
metabólitos microbianos são tóxicos, como sulfeto de hidrogênio, 
amônia e compostos indólicos, e potencialmente têm efeitos 
negativos na saúde do hospedeiro. Alguns dos metabólitos são 
moléculas bioativas envolvidas em vários processos fisiológicos no 
hospedeiro [5]. Além disso, altas concentrações de suplementação de 
proteína podem resultar em aumento no número de patógenos 
potenciais devido à interrupção da homeostase do microecossistema 
intestinal com reduções de micróbios benéficos. Esta observação 
destaca a interação entre a microbiota intestinal e a saúde do 
hospedeiro. A microbiota intestinal alterada pela proteína dietética 
influencia o metabolismo do hospedeiro pela regulação da função da 
barreira intestinal, motilidade intestinal e sistema imunológico.
4.3. A composição de aminoácidos afeta a microbiota intestinal 
alterando a morfologia intestinal
O balanço de aminoácidos é um fator importante que afeta a 
digestibilidade da proteína no corpo. Proteínas de alta qualidade 
normalmente apresentam alta digestibilidade devido à sua 
composição em aminoácidos. A maioria das proteínas de alta 
qualidade são provenientes de animais, como a caseína do leite, 
farinha de peixe e leite desnatado em pó, enquanto algumas 
proteínas de alta qualidade são derivadas de plantas,por exemplo., 
proteína de soja. Atualmente, a dieta pode ser formulada adicionando 
aminoácidos sintéticos e selecionando uma variedade de materiais 
proteicos complementares para humanos e animais, resultando em 
equilíbrio de aminoácidos e melhor digestibilidade da proteína [82].
Em contraste, as concentrações mais baixas de proteína dietética são 
recomendadas para o gado, o que não é apenas benéfico para a saúde 
animal, mas também para a conservação de nitrogênio para aliviar o 
conflito do uso de grãos para humanos e animais. Normalmente,
Os aminoácidos da proteína dietética podem influenciar a morfologiaintestinal pela regulação da composição da microbiota intestinal 
indiretamente. Um estudo anterior relatou que uma dieta com baixo teor 
de lisina zeína (0,18%vs.1,34% recomendado pelo NRC, 2012) resultados
150Ciência atual de proteínas e peptídeos,2019, Vol. 20, nº 2 Zhao et ai.
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Figura 2).A alta proteína dietética afeta a composição e função da microbiota intestinal.
na diminuição da altura das vilosidades intestinais e profundidade das 
criptas mais profundas, sugerindo que o dano da mucosa intestinal é 
devido às proporções desequilibradas de aminoácidos na dieta [83]. 
As células epiteliais do intestino delgado podem absorver 
aminoácidos e outros nutrientes para o sangue e órgãos, e o distúrbio 
e os efeitos da desnutrição na microbiota intestinal podem levar ao 
comprometimento da morfologia intestinal.
fatores nutricionais, podem passar através das células epiteliais 
intestinais para o sangue e a linfa. Os fatores antinutricionais em soja 
com atividade antigênica podem estimular a resposta imune no 
hospedeiro.
A resposta imune é mediada por linfócitos T com secreção de IgE, 
que tem efeitos negativos na morfologia intestinal levando ao 
comprometimento das vilosidades e proliferação das células das 
criptas [9, 87]. Além disso, a diminuição da atividade das enzimas 
digestivas nas células epiteliais pode estar associada ao disfuncional 
da absorção e à menor diversidade da composição da microbiota 
intestinal. A proteína de soja na dieta pode favorecer a proliferação de 
patógenos devido à sua propriedade antigênica, e esses antígenos 
também são considerados como um possível fator que pode afetar 
adversamente a consistência da microbiota fecal [88]. A 
hipersensibilidade à proteína da soja pode resultar em uma maior 
suscetibilidade ao supercrescimento de patógenos [89], incluindo 
principalmente bactérias metabolizadoras de proteínas, bem como 
enteropatogênicas.E. coli. As proteínas da soja e outras proteínas 
vegetais geralmente contêm fatores antinutricionais, incluindo níveis 
elevados de polissacarídeos solúveis não amiláceos presentes que 
podem aumentar a incidência de diarreia em leitões desmamados 
[90]. No processo de metabolismo da proteína da soja, diversas 
toxinas são derivadas, como histamina, cadaverina e putrescina, que 
podem danificar a parede intestinal e aumentar a permeabilidade das 
células epiteliais intestinais. Quando patógenos colonizam o lúmen, 
pode ocorrer disbiose da microecologia intestinal [91].
A diarreia observada ao desmame pode ser aliviada quando os leitões 
são tratados com baixos níveis de proteína e composição equilibrada de 
aminoácidos. No entanto, o desequilíbrio de aminoácidos nas dietas pode 
prejudicar a morfologia intestinal e aumentar o risco de diarreia [84]. 
Portanto, o desequilíbrio de aminoácidos nas dietas pode inibir a absorção 
de proteínas e causar hiperplasia do epitélio intestinal. Proteínas e 
aminoácidos não digeridos são transportados para o intestino posterior 
como substrato de bactérias patogênicas de fermentação, o que pode 
agravar a diarreia em leitões.
4.4. A propriedade antigênica da proteína da soja na dieta afeta a 
microbiota intestinal
A proteína bruta na soja é relativamente alta em 
aproximadamente 40% e é composta principalmente de 
globulinas compostas de conglicinina e glicinina [85, 86]. Estas 
globulinas são caracterizadas por imunogenicidade e estabilidade 
térmica [87]. A formação de complexos de antígenos presentes 
na suplementação de proteína de soja, como glicinina, β-
conglicinina e anticorpos de imunoglobulina, pode ser 
responsável por estimular reações alérgicas e diarreia [88]. A 
maioria das proteínas dietéticas são degradadas em peptídeos e 
aminoácidos após a digestão. No entanto, ainda existe a 
possibilidade de que outras moléculas, como um dos anti-
A proteína de soja é reconhecida como uma fonte de proteína 
relativamente saudável. A atividade antigênica da soja pode ser reduzida 
até certo ponto após o processamento e tratamento, o que pode reduzir 
consideravelmente os fatores antinutricionais. Pepsinohidrolisado 
conglicinina (PTC) é um pequeno peptídeo derivado
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Proteína dietética e composição e função da microbiota intestinal Ciência atual de proteínas e peptídeos,2019, Vol. 20, nº 2151
de globulinas após o tratamento, tendo atividades farmacológicas e 
fisiológicas, como redução da hipertensão, propriedades 
antioxidantes e atividades imunoestimuladoras [92]. A conglicinina, 
como um dos componentes das proteínas de reserva da soja, 
funciona na forma de PTC após digestão e tratamento enzimático. 
PTC pode inibir o crescimento deE. colisem dependência do tempo, e 
também é ativado para prevenir doenças após desafio comE. coli
O138. Além disso, os hidrolisados de conglicinina pepsina estão 
envolvidos na regulação do equilíbrio da comunidade microbiana 
intestinal e na manutenção da integridade intestinal. Quando a 
homeostase do microecossistema intestinal é perturbada, os 
peptídeos bioativos podem desempenhar um papel importante na 
prevenção de doenças associadas a distúrbios intestinais. A PTC 
também promove o crescimento deBifidobactériascomunidades, 
através da produção de peptídeos estimulantes do crescimento para
Bifidobactériasmediada pela pepsina [93]. No entanto, o mecanismo 
subjacente do efeito inibitório do PTC sobreE. coliO138 ainda é 
desconhecido, e mais investigações são necessárias para elucidar.
CONCLUSÃO E PERSPECTIVAS
O metabolismo das proteínas está intimamente associado à 
microbiota intestinal. A proteína dietética é metabolizada por proteases e 
numerosas peptidases no intestino delgado, e os aminoácidos liberados da 
proteína dietética podem ser usados para a síntese proteica por 
micróbios intestinais. Isso, por sua vez, contribui para a ciclagem e 
utilização do nitrogênio entre a dieta, microbiota e hospedeiro. A proteína 
e os aminoácidos não digeridos são principalmente fermentados em vários 
metabólitos de bactérias, como SCFA, sulfeto de hidrogênio e amônia. 
Alguns desses metabólitos bacterianos podem ser transportados dentro 
dos colonócitos e exercer efeitos benéficos ou deletérios sobre essas 
células epiteliais, dependendo de seu potencial tóxico e concentração no 
lúmen. O tipo de proteína, concentração e balanço de aminoácidos na 
dieta podem afetar a composição da microbiota intestinal e metabólitos 
microbianos, que possuem relações estreitas com a saúde do hospedeiro. 
Esses efeitos podem ser atribuídos à modulação da função da barreira 
intestinal e da defesa imunológica pela microbiota intestinal alterada. O 
resultado da análise da composição da microbiota intestinal e suas funções 
no metabolismo protéico pode ser útil para avaliar os efeitos de diferentes 
componentes da dieta. Baixas concentrações de proteína utilizando fontes 
de proteína animal com equilíbrio de aminoácidos na dieta devem ser 
consideradas pela indústria de rações para formulação de rações para 
gado.
4.5. A caseína afeta a microbiota intestinal ao regular a expressão 
de transportadores de aminoácidos
A caseína, com sua composição específica de aminoácidos, pode induzir o nível de transcrição de genes de transportadores 
de aminoácidos no intestino. A composição e a função da microbiota intestinal também são afetadas pela alteração do equilíbrio 
de aminoácidos. Os transportadores de aminoácidos catiônicos (CAT1) estão envolvidos no transporte de lisina e arginina. Estudos 
relataram que não houve efeito significativo sobre CAT1 no duodeno e íleo [94]. Por outro lado, o nível de expressão de CAT1 na 
suplementação de caseína foi maior em comparação com a proteína zeína da dieta no jejuno. Assim, é razoável concluir que a 
caseína melhora o acúmulo de lisina e arginina, o que é consistente com o relato de que o teor de lisina na suplementação decaseína é maior do que na zeína dietética [95]. Alterações na lisina e arginina no intestino podem contribuir para a influência da 
caseína na microbiota intestinal. A expressão de CAT1 é regulada positivamente com o aumento dos níveis de lisina na dieta [94]. O 
transportador excitatório de aminoácidos 1 (EAAC1) está envolvido no transporte de aspartato e glutamato e tem efeitos 
semelhantes ao CAT1. O nível de expressão de EAAC1 é regulado negativamente pela zeína da dieta no duodeno, enquanto a 
expressão é maior na suplementação de caseína em comparação com a proteína de zeína ou soja no jejuno e íleo. Adicionalmente, 
a expressão do transportador peptídico 1 (PePT1) também é modulada por diferentes fontes proteicas. A caseína dietética tem 
maior expressão de PepT1 em todos os segmentos do intestino em comparação com a proteína vegetal. O transportador 
excitatório de aminoácidos 1 (EAAC1) está envolvido no transporte de aspartato e glutamato e tem efeitos semelhantes ao CAT1. O 
nível de expressão de EAAC1 é regulado negativamente pela zeína da dieta no duodeno, enquanto a expressão é maior na 
suplementação de caseína em comparação com a proteína de zeína ou soja no jejuno e íleo. Adicionalmente, a expressão do 
transportador peptídico 1 (PePT1) também é modulada por diferentes fontes proteicas. A caseína dietética tem maior expressão de 
PepT1 em todos os segmentos do intestino em comparação com a proteína vegetal. O transportador excitatório de aminoácidos 1 
(EAAC1) está envolvido no transporte de aspartato e glutamato e tem efeitos semelhantes ao CAT1. O nível de expressão de EAAC1 
é regulado negativamente pela zeína da dieta no duodeno, enquanto a expressão é maior na suplementação de caseína em 
comparação com a proteína de zeína ou soja no jejuno e íleo. Adicionalmente, a expressão do transportador peptídico 1 (PePT1) 
também é modulada por diferentes fontes proteicas. A caseína dietética tem maior expressão de PepT1 em todos os segmentos do 
intestino em comparação com a proteína vegetal. enquanto a expressão é maior na suplementação de caseína em relação à 
proteína de zeína ou soja no jejuno e íleo. Adicionalmente, a expressão do transportador peptídico 1 (PePT1) também é modulada 
por diferentes fontes proteicas. A caseína dietética tem maior expressão de PepT1 em todos os segmentos do intestino em 
comparação com a proteína vegetal. enquanto a expressão é maior na suplementação de caseína em relação à proteína de zeína ou soja no jejuno e íleo. Adicionalmente, a expressão do transportador peptídico 1 (PePT1) também é modulada por diferentes fontes proteicas. A caseína dietética tem maior expressão de PepT1 em todos os segmentos do intestino em comparação com a proteína vegetal.
Estudos adicionais serão necessários para elucidar a relação entre 
a proteína dietética e a microbiota intestinal, bem como a interação 
da função microbiana e a saúde do hospedeiro. Estudos sobre as 
funções da microbiota intestinal podem ajudar a entender melhor a 
interação entre o metabolismo das proteínas e a saúde do 
hospedeiro. Com a análise de metadados por técnicas avançadas de 
metabolômica, proteômica, microbiômica e bioinformática, é possível 
identificar os mecanismos subjacentes à modulação da microbiota 
intestinal. Mais estudos sobre a formulação de precisão de dietas 
para alterar a ecologia da microbiota intestinal e melhorar a saúde 
intestinal são necessários.
LISTA DE ABREVIAÇÕES
GATO
EAAC1
FFAR
H2S
PePT1
PTC
SCFA
= Transportador de aminoácidos catiônicos =
=
=
= Transportador de peptídeo 1 
=
=
Carreador excitatório de aminoácidos 1 
Receptor de ácidos graxos livres
Sulfato de hidrogênio
Pepsina-hidrolisado conglicinina Ácido 
graxo de cadeia curta.
Portanto, a caseína dietética, com composição equilibrada de 
aminoácidos, pode promover a expressão de aminoácidos e 
transportadores de peptídeos. Essa expressão pode acelerar o 
transporte de aminoácidos funcionais no ambiente intestinal. As 
concentrações de lisina, aspartato e glutamato no lúmen são afetadas 
por diferentes tratamentos de diferentes fontes de proteína. Essas 
mudanças podem afetar as vias de derivação e conversão de 
metabólitos específicos e modificar a função fisiológica e alterar o 
equilíbrio microecológico no intestino. Os aminoácidos também 
desempenham um papel importante na composição microbiana pela 
síntese de proteínas bacterianas, bem como pela interação com a 
microbiota intestinal.
CONSENTIMENTO PARA PUBLICAÇÃO
Não aplicável.
CONFLITO DE INTERESSES
Os autores declaram não haver conflito de interesse, financeiro 
ou não.
RECONHECIMENTOS
A revisão foi concebida e projetada por SYQ. A 
literatura foi coletada e analisada por JFZ. O manuscrito foi 
redigido por JFZ e editado por HBL, MAB e SYQ. Tudo
152Ciência atual de proteínas e peptídeos,2019, Vol. 20, nº 2 Zhao et ai.
autores leram e aprovaram o manuscrito final. O apoio 
financeiro do National Key R&D Program of China 
(2017YFD0500501), da National Natural Science 
Foundation of China (31722054, 31472101 e 31528018), do 
111 Project (B16044), da National Department Public 
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	Dietary Protein and Gut Microbiota Composition and Function
	Abstract:
	Keywords:
	1. INTRODUCTION
	2. THE CROSSTALK BETWEEN FOREGUT MICROBESAND PROTEIN METABOLISM
	3. PROTEIN METABOLISM BY HINDGUT MICROBESAND MICROBAL METABOLITES
	Fig. (1)
	4. KEY FACTORS OF DIETARY PROTEIN IMPACTGUT MICROBIOTA COMPOSITION AND FUNCTION
	Fig. (2).
	CONCLUSION AND PERSPECTIVES
	LIST OF ABBREVIATIONS
	CONSENT FOR PUBLICATION
	CONFLICT OF INTEREST
	ACKNOWLEDGEMENTS
	REFERENCES