多胺是一类广泛存在于原核生物和真核生物中的脂肪族化合物，主要包括腐胺、亚精胺和精胺。它们带有正电荷，能与核酸、酸性磷脂等带负电荷的大分子结合，参与细胞增殖、分化、凋亡以及基因调控等重要生理活动。动物体内的多胺主要来源于饮食摄入和肠道微生物代谢，其在体内的水平受到生物合成、分解代谢和转运等多种机制的精细调控。多胺水平的相对稳定对维持生物体正常生理活动至关重要，其异常变化往往与多种疾病的发生发展相关。

在动物肠道中，多胺含量在进食前后会发生显著变化。饮食是消化道中多胺的主要来源，但大部分多胺在消化道上段被吸收，用于机体的生长发育。结肠中腐胺和亚精胺的水平主要取决于肠道微生物群，它们能代谢前体氨基酸，释放生物活性代谢物，进而调节宿主的整体平衡。

在生物体内，多胺的合成过程较为复杂，涉及氨基酸前体和中间代谢物。以哺乳动物和真菌为例，精氨酸在精氨酸酶 1（ARG1）的作用下转化为尿素和 L - 鸟氨酸，鸟氨酸在鸟氨酸脱羧酶 1（ODC1）的催化下生成腐胺，这一过程依赖于限速因子磷酸吡哆醛（PLP）。ODC1 的表达受多种刺激诱导，其活性在转录、翻译和翻译后水平均受到严格调控。S - 腺苷甲硫氨酸（SAM）在腺苷甲硫氨酸脱羧酶 1（AMD）的作用下生成脱羧 S - 腺苷甲硫氨酸（dcSAM），dcSAM 作为氨基丙基供体，在亚精胺合酶（SRM）和精胺合酶（SMS）的作用下，与腐胺反应生成亚精胺和精胺，同时产生甲基硫腺苷（MTA）。研究发现，精氨酸是哺乳动物多胺合成的主要碳源，而谷氨酰胺在 T 细胞中可作为次要碳源支持多胺合成。

肠道微生物群由细菌、古菌、真菌、原生动物和病毒等组成，被视为宿主的 “消化器官”，不仅能代谢肠道中未消化和未吸收的营养物质，还能产生多胺。与宿主多胺代谢不同，微生物多胺的产生过程更为复杂，涉及不同细菌物种间中间产物的摄取和输出。

目前已从人类肠道中分离出 74 种与生物胺代谢相关的肠杆菌，它们分属于双歧杆菌属、梭菌属、肠球菌属和乳杆菌属等。这些菌株主要利用氨基酸脱羧酶，以组成型或诱导型方式产生多胺，其中精氨酸脱羧是产生腐胺的主要途径。在大肠杆菌中，组成型的 speC 和诱导型的 speF 基因编码鸟氨酸脱羧酶，与操纵子 potE（鸟氨酸 - 腐胺反向转运体）一起在酸性条件和高鸟氨酸水平下表达，催化鸟氨酸脱羧生成腐胺。精氨酸则先在 SpeA 和 SpeB 的作用下代谢为胍丁胺，再转化为腐胺，腐胺进一步与脱羧 S - 腺苷甲硫氨酸（AdoMet）在 SpeE 的作用下缩合形成亚精胺。

在空肠弯曲菌中，亚精胺的生物合成依赖于 L - 天冬氨酸 -β- 半醛（ASA）。腐胺先在羧基亚精胺脱氢酶（CASDH）的作用下转化为羧基亚精胺，再经羧基亚精胺脱羧酶（CASDC）转化为亚精胺。许多细菌基因组都编码 CASDH 和 CASDC 的同源物，如在拟杆菌属的 56 种丰富细菌物种中，有 20 种含有 CASDC 同源物，对亚精胺的生物合成至关重要。此外，细菌和古菌中还存在精氨酸脱羧酶（ADC）途径用于多胺生物合成。

肠道微生物群是一个复杂的混合系统，多胺的合成既可以由单个细胞完成，也可以通过不同细菌物种间的顺序反应实现。研究发现，结肠中的腐胺是由不同细菌通过复杂的代谢物交换共同合成的。当 pH 降低时，大肠杆菌的耐酸系统激活，精氨酸 - 胍丁胺反向转运体（AdiC）促进环境中精氨酸的摄取，精氨酸在精氨酸脱羧酶（AdiA）的作用下转化为胍丁胺。粪肠球菌利用胍丁胺 - 腐胺反向转运体（AguD）摄取大肠杆菌产生的胍丁胺，胍丁胺在胍丁胺脱亚氨酶（AguA）的作用下水解为 N - 氨甲酰腐胺和氨，随后在 N - 氨甲酰腐胺氨基水解酶（AguB）的作用下转化为腐胺，这一过程不仅产生氨，还能生成 ATP 和 CO₂。此外，在肠道中产生酸性物质的双歧杆菌可增强这一腐胺形成途径。

最近，在模式蓝藻集胞藻属 Synechocystis sp. PCC 6803 中发现了一种新的亚精胺生物合成途径 ——CAPA 途径。与经典的亚精胺合酶介导的途径相比，该途径耗能更少且不涉及腐胺，并且广泛分布于包括蓝藻门、变形菌门、厚壁菌门和拟杆菌门在内的 15 个细菌门中，为多胺及其衍生物的生物合成提供了新方向。不过，仍有一些微生物多胺合成途径尚未得到充分研究，未来有望发现更多新的代谢途径。

多胺的整体水平一方面受生物合成和摄取机制的调控，另一方面受分解代谢和外排机制的影响。在哺乳动物细胞中，多胺代谢主要通过二胺氧化酶和多胺氧化酶（PAO）进行氧化脱氨。亚精胺 / 精胺 - N¹- 乙酰转移酶（SSAT）是细胞质中多胺分解代谢的关键酶，参与催化多胺降解和外排途径的第一步反应。在降解过程中，乙酰辅酶 A（CoA）作为乙酰供体，亚精胺和精胺在 SSAT 的作用下被乙酰化，生成乙酰亚精胺和乙酰精胺。这些乙酰化产物可通过细胞质膜上的转运蛋白排出细胞，或作为 PAO 的底物，PAO 通过去除乙酰氨基丙醛基团将其氧化为腐胺和亚精胺，使其重新进入多胺池。此外，精胺还可在精胺氧化酶（SMO）的作用下直接氧化为亚精胺。然而，多胺分解代谢过程会产生潜在的有毒副产物，如 H₂O₂和醛类，这些物质会对细胞和 DNA 等造成损伤。当多胺分解代谢异常时，H₂O₂水平升高，可能会加剧氧化损伤。在病理条件下，多胺代谢紊乱常见于癌症，会加速疾病发展，表现为多胺生物合成和转运增加，分解代谢减少，导致多胺水平升高，进而支持癌细胞的快速增殖。在阿尔茨海默病患者中，精氨酸浓度升高，多胺分解代谢基因 SAT1 和 SMOX 的表达增加，而合成基因 SRM 和 ODC1 的表达降低。在帕金森病患者中，也发现了多胺水平的变化，多胺代谢酶 SAT1 的表达降低导致多胺水平升高，进而通过 NMDAr 途径降低患者的认知能力。

在微生物中，同样存在防止多胺过度积累的机制。在大肠杆菌中，由 speG 编码的亚精胺乙酰转移酶（SAT）可催化亚精胺的乙酰化使其失活，沉默该基因会导致细胞内亚精胺积累。在枯草芽孢杆菌中，非膜结合的 SSAT 蛋白 PaiA 作为亚精胺和精胺的 N¹- 乙酰转移酶，可防止多胺积累和细胞损伤。在粪肠球菌和金黄色葡萄球菌中，SSAT 的同源物 BltD 和 SpeG 可乙酰化亚精胺和精胺，且对精胺具有偏好性。

大肠杆菌中存在两条将腐胺代谢为琥珀酸的途径，分别是 Puu 途径和涉及腐胺转氨酶（YgjG）和 γ- 氨基丁醛脱氢酶（YdcW）的途径。在 Puu 途径中，腐胺由 PuuP 转运进入细胞，PuuA 利用 ATP 将谷氨酸和腐胺结合，形成 γ- 谷氨酰腐胺，γ- 谷氨酰腐胺在 PuuB 的作用下氧化为 γ- 谷氨酰 -γ- 氨基丁醛，进一步在 PuuC 的作用下氧化为 γ- 谷氨酰 GABA，PuuD 水解 γ- 谷氨酰键，产生 GABA 和谷氨酸。GABA 在 PuuE 的作用下脱氨形成琥珀酸半醛，最后在 YneI 的作用下氧化为琥珀酸。另一条途径以 γ- 氨基丁醛为中间产物，腐胺无需经过 γ- 谷氨酰化即可代谢为 GABA。研究发现，三种双歧杆菌（短双歧杆菌、链状双歧杆菌、斯卡多夫双歧杆菌）能从培养基中摄取腐胺，但细胞内未检测到腐胺，这可能与参与腐胺降解转酮醇酶途径的 GabD、GabT、PatA 和 PatD 的同源物有关。不过，对于一些既缺乏转氨酶途径所需蛋白质组，又不具备 γ- 谷氨酰化途径的微生物，可能存在未知的多胺降解途径。

多胺转运系统在维持多胺稳态和分布方面起着关键作用。外源性多胺通过肠道上皮细胞进入血液循环，进而运输到其他组织器官发挥生物学功能。研究发现，口服放射性标记的多胺后，其在大鼠体内迅速被吸收，但在不同组织中的分布并不均匀，且优先在快速增殖的组织中积累。肠道微生物产生的多胺通常存在于结肠腔和下游小肠中，它们通过结肠上皮细胞进入宿主生物体，最终经门静脉循环和胆道系统运输到近端小肠，这一过程对维持多胺池和宿主整体健康至关重要。

细胞对多胺的摄取和外排依赖于两种不同的转运系统，涉及不同的载体，且摄取强度受细胞自身多胺需求的影响。由于多胺的一级和二级氨基在细胞外会被质子化，无法通过被动扩散穿过细胞膜，因此关于多胺的转运存在多种假说，包括血浆转运、囊泡隔离、糖胺聚糖介导的内吞作用和小窝蛋白介导的内吞作用等。

目前在大肠杆菌中已鉴定出五种转运系统，其中两种属于 ATP 结合盒（ABC）蛋白家族的多胺摄取机制。一种系统对亚精胺具有偏好性，由 PotA（ATP 酶）、PotB 和 PotC（通道蛋白）以及 PotD（底物结合蛋白）组成，该系统不仅能摄取亚精胺，对腐胺也有较低的亲和力，这四种蛋白质对于大肠杆菌摄取亚精胺的过程不可或缺。在粪肠球菌和金黄色葡萄球菌中也发现了由 PotABCD 编码的亚精胺转运体，可补偿它们无法合成多胺的缺陷，支持正常的细胞生长和生物膜形成。另一种系统特异性摄取腐胺，包括 PotF（底物结合蛋白）、PotG（ATP 酶）、PotH 和 PotI（通道蛋白）。此外，质子依赖性腐胺摄取蛋白 PuuP 及其同源物 PlaP 在大肠杆菌以腐胺为唯一碳源或氮源生长时发挥重要作用，与 PotFGHI 不同，PuuP 不受细胞内多胺的反馈抑制，但会被葡萄糖抑制。大肠杆菌中还有两种多胺 - 氨基酸反向转运蛋白 PotE（腐胺 - 鸟氨酸）和 CadB（腐胺 - 赖氨酸），它们都是质子依赖性腐胺摄取蛋白，在中性环境中发挥作用。SpeF 在酸性条件下消耗质子，将鸟氨酸和赖氨酸分别转化为腐胺和尸胺，PotE 通过摄取鸟氨酸输出腐胺，CadB 通过摄取赖氨酸输出腐胺，这一转运系统对大肠杆菌适应酸性环境和正常生长具有重要意义。此外，亚精胺转运蛋白（MdtJI）可将大肠杆菌细胞内多余的亚精胺排出，维持细胞内亚精胺水平在正常范围内，SapBCDF 作为另一种 ABC 转运体，可将腐胺从细胞中排出。在粪肠球菌和大肠杆菌共培养时，两种耐酸机制协同作用可能诱导产生一种新的多胺转运体，粪肠球菌利用胍丁胺 - 腐胺转运体（AguD）摄取大肠杆菌分泌的胍丁胺，胍丁胺转化为腐胺后再通过 AguD 排出细胞外。

通过 BLAST 分析发现，与 PotD 和 PotF 相似的蛋白质分布在多个门中，包括变形菌门、厚壁菌门、放线菌门、梭杆菌门、蓝藻门、螺旋体门、浮霉菌门、衣原体门和异常球菌门。与 PotE 和 CadB 高度相似的蛋白质存在于变形菌门、拟杆菌门、厚壁菌门和放线菌门中，而与 PuuP 和 PlaP 相似的蛋白质则局限于变形菌门、厚壁菌门、放线菌门、酸杆菌门和鞘脂杆菌门。除大肠杆菌外，在其他细菌中也发现了新的转运体，如枯草芽孢杆菌中的亚精胺外排体 Blt，霍乱弧菌中有三种 PotD 同源物 NspS、PotD1 和 PotD2，其中 NspS 作为信号传感器促进多胺转运。在酿酒酵母中发现了四种多胺转运蛋白 DUR3、SAM3、GAP1 和 AGP2，其中 DUR3 和 SAM3 在多胺摄取中起主要作用，还有五种多胺外排转运体（TPO1 - 5）维持细胞内多胺的稳定性。对 13 种人类本土双歧杆菌的研究发现，10 种具有多胺转运能力，BLAST 分析表明可能存在新的多胺生物合成和转运蛋白。

腐胺和亚精胺是细菌中常见的多胺，它们不仅参与基因表达、细胞生长等核心生理过程，还影响铁载体生物合成、内吞小泡产生、群体运动和生物膜形成等。微生物反向遗传学研究表明，多胺代谢途径中的基因缺失或多胺耗尽会对细胞存活和增殖产生负面影响。在大肠杆菌中，90% 的亚精胺以与细胞 RNA 结合的形式存在，这种多胺 - RNA 复合物可维持 RNA 的特定构象和溶解性，并通过与其他分子（如 Mg^{2 +}）相互作用稳定 RNA。多胺还能与 DNA 外部结合，通过分子间相互作用稳定双链 DNA。

在真核生物和古菌中，多胺作为氨基丁基供体，在脱氧 hypusine 合酶（DHS）的作用下转移到 eIF5A 特定赖氨酸残基的 ε- 氨基上，生成的脱氧 hypusine 赖氨酸残基再在脱氧 hypusine 羟化酶（DHH）的催化下产生 hypusine 赖氨酸。所有古菌都编码 DHS 的同源物，抑制这些同源物会导致细胞周期停滞，表明多胺或其前体对古菌的正常生长至关重要。在 eIF5A 中，赖氨酸被羟基腐胺修饰后激活 eIF5A，使其能够与翻译活性核糖体结合，增加多聚核糖体与单核糖体的比例，eIF5A 在翻译延伸阶段发挥作用。多胺含量水平会影响 eIF5A 的羟基腐胺修饰程度，进而影响 eIF5A 的功能和细胞增殖。

多胺还能调节真菌细胞分化。在一些真菌中，多胺参与孢子萌发，使细胞形成比营养细胞更能抵抗不利环境的形态。在条件致病真菌中，如非洲隐球菌的热诱导二态性转化过程以及白色念珠菌在酵母态和菌丝态之间的转化，都需要多胺的参与。此外，亚精胺对空肠弯曲菌和铜绿假单胞菌的正常生长至关重要，多胺对枯草芽孢杆菌和肺炎链球菌的生长也必不可少，腐胺对于青枯雷尔氏菌的生长同样不可或缺。

微生物在整个生命周期中会受到氧化应激、温度变化、亚硝化刺激或其他有毒化合物诱导的生理应激反应。多胺能够增强微生物对细胞内和环境应激的抵抗力，细胞内多胺水平会随应激发生变化，多胺耗尽会使细胞对应激更加敏感。

活性氧（ROS）可导致 DNA 双链断裂和结构变化，损害细胞内的大分子物质。随着代谢率的增加，ROS 作为代谢副产物的水平也会升高。超氧化物歧化酶（SOD）可保护细胞内核酸免受超氧离子和其他氧化剂的损伤，亚精胺能够与 SOD 协同作用，作为自由基清除剂对抗烷基、羟基和过氧自由基，减少氧化损伤。在鼠伤寒沙门氏菌中，亚精胺通过调节关键抗氧化基因激活应激反应机制，对抗 ROS 介导的细胞毒性，提高其在巨噬细胞中的存活率。

多胺还能调节应激反应基因的表达，帮助大肠杆菌适应外界环境中的硝化应激。cadC 是大肠杆菌耐硝酸盐应激的必需基因，其缺失会导致细胞内多胺水平显著降低，对酸化亚硝酸盐的敏感性增加。在裂殖酵母粟酒裂殖酵母中，多胺转运体 Shp2 以不依赖 Xpr1 的方式促进磷酸盐排出，有助于提高对高磷酸盐的耐受性。在大肠杆菌中，激活的 CadBA 系统可对抗酸性应激，该系统由 pH 传感器 CadC 调控，虽然在这一过程中未明确提及多胺，但 CadB 作为赖氨酸 - 尸胺反向转运体，推测多<