Science：有益的腸道微生物具有驚人的代謝能力！

來源：作者：人氣：-發表時間：2024-10-28 13:01:00【大中小】

摘要：研究人員發現，一種特定的腸道細菌可能產生深遠的影響。

兒童營養不良影響著全球2億兒童，為了解決這一問題，圣路易斯華盛頓大學醫學院的研究人員開發了一種治療性食物，可以滋養腸道內的有益微生物，改善兒童的生長和其他健康指標。但為了了解這種食物療法是如何起作用的，由醫學博士Jeffrey I. Gordon領導的研究小組將注意力集中在兒童腸道微生物群對這種療法的反應上。

在他們最新的研究中，研究人員發現了一種特定腸道細菌的潛在深遠影響，這種細菌與孟加拉國兒童接受旨在培養健康腸道微生物的治療性食物的更好生長有關。這種以微生物群為導向的治療食品被稱為MDCF-2。兒童腸道微生物群落中的一株細菌擁有一種以前未知的基因，該基因能夠產生和代謝涉及調節許多重要功能的關鍵分子，包括食欲、免疫反應、神經元功能和致病菌產生疾病的能力。

圖1 人腸道普氏糞桿菌脂肪酸酰胺水解酶

研究結果發表在10月25日的《科學》雜志上。

“當我們通過修復腸道微生物群來應用新療法來治療兒童營養不良時，我們有機會研究我們的微生物伙伴的內部運作，”Gordon說，“我們正在發現腸道微生物如何影響我們生理的不同方面。這項研究表明，腸道微生物是主要的生物化學家，它們擁有我們尚未意識到的代謝能力。”

研究人員表示，更好地了解腸道微生物對我們身體的影響，可能會帶來維護人類健康的新策略，并有助于指導除營養不良以外的各種疾病的治療方法的開發。

在對營養不良的孟加拉國兒童進行的兩項治療性食品的隨機對照臨床試驗中，研究人員發現了一組微生物，它們的豐度和表達功能與研究參與者的生長改善有關。其中一種有益的生物是一種叫做prausnitzii糞桿菌的細菌。

該論文的共同第一作者——病理學和免疫學助理教授程吉曄博士和戈登實驗室前博士后研究員、現就職于華盛頓大學的Sid Venkatesh博士——研究了在無菌條件下出生的小鼠，然后用從孟加拉國兒童微生物組培養的特定微生物群落定植。他們發現，與缺乏這種菌株的動物相比，被含有特定菌株的F. prausnitzii微生物群落定植的動物腸道中稱為油基乙醇酰胺（OEA）和棕櫚基乙醇酰胺（PEA）的兩種分子的水平要低得多。這是值得注意的，因為OEA和PEA是天然存在的脂質信號分子，已知在調節炎癥、代謝和食欲方面發揮重要作用。

戈登的研究小組采用了一系列生物信息學和生化工具來鑒定這種酶——脂肪酸酰胺水解酶（FAAH）——這種酶是由細菌菌株產生的，負責降解OEA和PEA。人類版本的FAAH因其分解特定類型的神經遞質內源性大麻素的能力而廣為人知，并在此過程中調節人體生理的各個方面。事實上，這種酶的人類版本是許多研究藥物的目標，因為它在慢性疼痛、焦慮和情緒以及其他神經系統狀態中發揮作用。

Cheng和Venkatesh指出，F. prausnitzii FAAH酶的發現代表了這種類型的微生物酶的第一個例子，并揭示了微生物在調節腸道中n -酰基乙醇酰胺（包括OEA和PEA）重要分子水平方面的作用。

圖2 調節管腔NAEs的F.prausnitzii FAAH的發現和特征

對治療性食品臨床試驗中收集的營養不良兒童糞便樣本的分析表明，食物處理導致OEA水平下降，同時增加F. prausnitzii的豐度及其酶的表達。這些結果表明，這種腸道細菌酶可以減少腸道OEA——一種抑制食欲的化合物——這對營養不良的兒童來說是可取的。

除了對治療性食品的有益作用提供新的見解外，該論文還描述了細菌酶如何比人類FAAH具有更廣泛的能力。其中包括合成脂質修飾氨基酸的獨特能力，包括該團隊展示的一些新分子，這些分子可以作為人類受體的調節劑，參與感知細胞的外部環境，以及作為腸道免疫反應的調節劑。

除了合成重要的細胞功能調節劑外，細菌酶還可以控制其他含脂信號分子的水平，包括參與神經元之間通信的神經遞質，以及致病菌用來協調感染和破壞宿主免疫反應的所謂群體感應分子。

“人類和細菌FAAH酶的結構非常不同；抑制人類酶的研究藥物被發現對細菌酶沒有影響，”戈登說。“這為開發有選擇地操縱細菌酶的活性和產物的新療法打開了大門。這是一個例子，說明微生物是如何進化出一些功能的，這些功能沒有在我們自己的人類基因組中編碼，但對我們人體的正常功能仍然很重要。我們現在知道，這種酶在兩個不同的位置——我們的人體細胞和腸道微生物群中有兩種不同的版本。”

Gordon和他的同事Michael Barratt博士，也是該論文的合著者，強調這種腸道細菌酶的鑒定為研究治療性食物治療的有益效果提供了新的機會。Barratt還指出，除了處理正常飲食的成分外，腸道中的這種酶還可以幫助解釋個體對某些口服藥物的反應差異。

Gordon說：“這種酶的微生物版本的作用之大令人驚訝。”“在我們未來的研究中，我們有興趣調查這種酶的表親是否可以在其他細菌的基因組中編碼，以補充FAAH或執行完全不同的活動。這些生物都是化學大師，我們才剛剛開始探索它們的能力。”

參考資料

[1] A human gut Faecalibacterium prausnitzii fatty acid amide hydrolase