腸道微生物與宿主之間互惠共生，密不可分，定植在宿主體內(nèi)的共生微生物可以通過多種機制影響宿主生理與病理生理功能。其中，膽汁酸是溝通宿主與腸道微生物的關(guān)鍵信使分子。初級膽汁酸，如：膽酸（CA）和鵝去氧膽酸（CDCA）在人體肝臟中合成而來，并經(jīng)由膽囊進入腸道，被腸道微生物代謝為脫氧膽酸（DCA）、石膽酸（LCA）等次級膽汁酸。膽汁酸可以通過調(diào)控法尼醇X受體（FXR）、膽汁酸G蛋白偶聯(lián)受體5(TGR5)、維生素D受體(VDR)等宿主受體，在宿主糖脂代謝、免疫應(yīng)答等多個生理與病理生理過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用，因而受到了研究人員的廣泛關(guān)注。然而，目前腸道微生物對膽汁酸的修飾類型還有待挖掘，不同膽汁酸與疾病調(diào)控的分子機制尚不明確，菌群膽汁酸代謝的生物合成通路解析仍是該領(lǐng)域的重點與難點。
該研究構(gòu)建了基于點擊化學富集策略結(jié)合非靶向代謝組學方法的次級膽汁酸挖掘體系，發(fā)現(xiàn)腸道菌群對膽汁酸的全新修飾類型—3-?；揎?；通過分離培養(yǎng)建構(gòu)腸道菌株庫及大規(guī)模篩選，研究團隊發(fā)現(xiàn)單形擬桿菌（Bacteroides uniformis）是3-琥珀酰膽酸（3-sucCA）主要的腸道菌來源；通過基于活性的蛋白追蹤純化策略，研究團隊挖掘出3-sucCA合成酶——“BAS-suc”。最后，臨床隊列提示3-sucCA與代謝相關(guān)脂肪性肝炎（MASH）進程呈顯著的負相關(guān)性。研究團隊深入解析了3-sucCA在代謝性疾病的保護作用與分子機制，發(fā)現(xiàn)其通過菌群重塑—促進益生菌嗜黏蛋白阿克曼氏菌（Akkermansia muciniphila）的生長，改善腸屏障損傷，降低慢性低水平炎癥，從而逆轉(zhuǎn)小鼠的MASH表型。該研究為未來臨床治療代謝相關(guān)脂肪性肝炎（MASH）等代謝性疾病的潛在藥物開發(fā)提供了基礎(chǔ)研究，為菌源膽汁酸的生物合成研究提供了新的方向，同時也為調(diào)控疾病的腸道菌源酶挖掘研究提供了新范式。
該研究建立了一套菌源膽汁酸挖掘體系，利用該挖掘體系，研究團隊通過分子網(wǎng)絡(luò)分析發(fā)現(xiàn)了一系列包含?；男滦途茨懼?。通過大規(guī)模糞便菌群發(fā)酵液分離與化學合成比對，研究團隊在膽酸所包含的3個可發(fā)生?；磻?yīng)的羥基位點（3位、7位、12位）中，確認所有的新型菌源膽汁酸其?；恢枚及l(fā)生在3位上。最后，研究團隊在菌群、小鼠、人群三個維度系統(tǒng)地檢測了新型膽汁酸的豐度及流行率，這些?；懼釓V泛存在，可能存在一定的生理作用。在評估新型膽汁酸的豐度及流行率過程中，3-琥珀酰膽酸（3-sucCA）在健康志愿者糞便樣本中表現(xiàn)出了最高的豐度與流行率。為探索3-sucCA的主要腸道菌來源，研究團隊收集了3-sucCA豐度最高的健康志愿者的糞便樣本，通過分離培養(yǎng)建構(gòu)腸道菌株庫、大規(guī)模菌株篩選、小鼠定植檢測實驗確認了單形擬桿菌（Bacteroides uniformis）在體外或體內(nèi)都存在3-sucCA合成能力。
為探索單形擬桿菌中負責3-sucCA生物合成的關(guān)鍵酶，研究團隊通過大腸桿菌過表達實驗檢驗了單形擬桿菌中所有的16種注釋為?；D(zhuǎn)移酶的基因，然而這些候選基因都沒有產(chǎn)3-sucCA的活性。接下來，研究團隊以單形擬桿菌裂解液粗酶反應(yīng)為基礎(chǔ)，通過基于活性的蛋白純化與鑒定方法，逐步根據(jù)裂解液>80%硫酸銨蛋白沉淀> 疏水相互作用色譜（HIC）> 離子交換色譜（IEC）層層純化，最終利用蛋白質(zhì)譜分析揭示出118個候選蛋白。團隊通過異源表達實驗將以上118個蛋白全部進行一一驗證，發(fā)現(xiàn)只有過表達一個被注釋為β-內(nèi)酰胺酶的蛋白A7UYF6可以使大腸桿菌獲得產(chǎn)3-sucCA的能力。進一步地，研究團隊通過基于CRISPR-Cas系統(tǒng)的厭氧菌基因敲除實驗、近緣同屬菌株過表達實驗、以及純酶體外酶促實驗驗證了該酶負責3-sucCA的生物合成，并將該酶命名為“BAS-suc”。
通過質(zhì)譜成像技術(shù)（DESI-MSI）、體外生長曲線測定以及一系列動物實驗發(fā)現(xiàn)：3-sucCA作為一種局限于腸腔的代謝物，可以通過重塑腸道菌群，尤其是促進嗜黏蛋白阿克曼氏菌（Akkermansia muciniphila）的生長，來改善MAFLD疾病中顯著受損的腸道屏障，增加黏膜厚度及杯狀細胞數(shù)量，進而阻礙MAFLD疾病進程。而敲除菌株的動物實驗也說明：單形擬桿菌對MAFLD的改善作用完全依賴3-sucCA的生成。以上結(jié)果在臨床隊列中也得到驗證，研究團隊招募了55名經(jīng)活檢的MAFLD病人與21名對照人群隊列，發(fā)現(xiàn)糞便中3-sucCA含量隨著MAFLD疾病進程逐步降低，且與疾病相關(guān)指（ALT/AST）等呈顯著負相關(guān)。這些結(jié)果揭示了3-sucCA作為新型菌源膽汁酸通過菌群互作改善MAFLD的新范式。
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