Science丨肠道菌拥有让人意想不到的化学能力

引言

肠道菌群与人体的健康有着密切的关系，涉及免疫、营养以及多种疾病的调控。它们通过与人体的共生作用，影响着免疫系统的发育和功能，增强人体对病原体的抵抗力。此外，肠道菌群还参与了营养物质的代谢，帮助消化食物中的复杂碳水化合物，产生对人体有益的代谢物，如短链脂肪酸。同时，肠道菌群的失衡与肥胖、糖尿病、炎症性肠病等多种慢性疾病的发生密切相关。这些肠道菌的作用，主要是通过它们对肠道化学环境的调控来完成的。目前肠道菌群中哪些菌有具体的哪些化学调控能力还有很大的空白。

2024 年 10 月 25 日，美国圣路易斯华盛顿大学医学院Jeff Gordon团队的程基业教授在 Science 期刊发表题为：A human gut Faecalibacterium prausnitzii fatty acid amide hydrolase的研究论文。该研究发现了一类新的细菌蛋白酶可以调控人体肠道中的內源性大麻素，为理解肠道菌群如何通过化学调控来和人体对话提供了更新的视角。

研究使用了来自孟加拉儿童的13或14种基因组测序肠道菌株组成的微生物群落，将它们引入无菌小鼠体内。结果显示，含有Faecalibacterium prausnitzii (F.prausnitzii) 的群落的小鼠体内，N-酰基乙醇胺（NAEs）的水平显著降低，尤其是油酰乙醇胺（OEA）。这表明F.prausnitzii可能通过其特异性的酶来调控NAEs的降解。N-酰基乙醇胺（NAEs）在人体中扮演着重要的生理角色，对代谢调节、食欲控制、炎症反应和疼痛管理等方面具有重要作用。OEA是一种饱腹感因子，通过激活特定的受体来减少食物摄入，从而有助于调节体重。在体内，N-酰基乙醇胺（NAEs）的水平和活性主要受到一种叫做脂肪酸酰胺水解酶（FAAH, Fatty Acid Amide Hydrolase）的酶的调控。此前还从未发现过细菌有此类似的FAAH能够调控NAEs。

（Credit: Science）

研究者通过运用现代生物信息学和传统生物化学手段，对F.prausnitzii的蛋白分离和基因分析，发现了一个候选基因，该基因在大肠杆菌中表达后，纯化的蛋白能够合成并水解多种N-酰基化合物，此结果确认并首次发现了微生物脂肪酸酰胺水解酶（FAAH）。微生物FAAH的蛋白序列和二级结构与人体FAAH都截然不同。在功能上和人体FAAH相比，微生物FAAH展现出了更广泛的水解能力，能水解包括对人体具有毒性的群体感应代谢物。微生物FAAH还展现出双向催化活性，能与不同多种脂肪酸和胺类化合物合成脂肪酸酰胺，表现出独特的合成和水解功能。

模式图（Credit: Science）

精氨酸是这种微生物FAAH酶在合成活性中最偏爱的胺类底物，合成产物油酰精氨酸从未报道过的全新化合物，通过细胞模型实验，研究发现油酰精氨酸和油酰组氨酸，能够激活特定的核激素和G蛋白偶联受体。向无菌小鼠口服这些N-酰基氨基酸，结果显示肠道免疫相关通路的表达水平显著降低。进一步分析孟加拉营养不良儿童的粪便样本，发现接受MDCF-2治疗后的OEA水平显著降低，与F.prausnitzii菌FAAH基因的表达呈负相关。这些结果表明，F.prausnitzii菌FAAH在肠道中对活性N-酰基化合物的调控具有重要作用。这个研究开启了一个新的微生物肪酸酰胺酶FAAH的研究方向，增添了肠道中N-酰基乙醇胺人体与肠道菌共治的证据。调控肠道微生物FAAH的合成或水解活性，可能对包括营养不良在内的多种疾病的治疗具有潜在的应用价值。

参考文献

http://doi.org/10.1126/science.ado6828

责编|探索君

排版|探索君

来源|BioArt

End