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功能性低聚糖（FOs）是由2-10个单糖组成的小分子碳水化合物。由于含有单糖连锁类型（如α-1,6-糖苷键），不受人体消化酶的水解，因此一直被认为是不可消化的，可以通过上胃肠道直接到达远端结肠，由乳酸杆菌和双歧杆菌等益生菌发酵。
2024年11月18日，陕西师范大学杨兴斌、李婷共同通讯在Cell Metabolism（IF=27.7）在线发表题为“Nondigestible stachyose binds membranous HSP90β on small intestinal epithelium to regulate the exosomal miRNAs: A new function and mechanism”的研究论文。该研究表明不可消化水苏糖结合小肠上皮膜HSP90b调控外泌体miRNA。
低聚糖通常被认为是小肠中的“过路人”。然而，该研究通过揭示低聚糖水苏糖的新功能重新定义了这一认识，该功能与小肠上皮细胞上膜性HSP90b的疏水残基结合，从而重新编程外泌体miRNA谱。CRISPR-Cas9介导的HSP90b敲除消除了水苏糖在细胞膜上的积累及其对这些miRNA的调节作用。值得注意的是，水苏糖对这些miRNA的调节独立于其益生元的作用，这一点在伪无菌小鼠中观察到水苏糖改变的粪便miRNA得到了证明。这些水苏糖改变的miRNA进一步塑造了小鼠的结肠微生物群，尤其是乳酸菌。其中，水苏糖处理后小鼠和人粪便中下调的miR-30a-5p （Log2FC < -2）可特异性抑制罗伊氏乳杆菌的生长。这些发现建立了水苏糖-肠道miRNA-肠道微生物群的新调控轴，揭示了低聚糖通过膜HSP90b直接“对话”肠上皮的未知机制。
与传统的益生元作用一样，人们普遍认为FOs与小肠没有相互作用。然而，早期的一些研究表明，果寡糖、菊糖、半乳糖低聚糖和羊奶低聚糖等寡糖可能直接作用于肠上皮细胞（IECs），改善肠道屏障，刺激免疫反应。但到目前为止，FOs如何与IECs相互作用在很大程度上仍然未知。水苏糖是一种天然存在于蔬菜、豆类和植物中的四糖，由两个α-半乳糖分子通过α-1,6-糖苷键与蔗糖的葡萄糖侧连接而成。研究人员意外地发现水苏糖可以结合小IECs上的一些关键膜蛋白，并改变IECs分泌的小外泌体的miRNA谱。外泌体是由各种活细胞类型释放的纳米级微泡，携带蛋白质、脂质、mRNA和miRNA。它们作为细胞外信使，通过将货物转移到受体细胞来介导细胞间的通讯。miRNA是一类小的非编码RNA，通过与目标mRNA的3'UTR互补配对来抑制mRNA的表达或翻译。miRNA在物种间分布广泛，且大多数是物种特有的。值得注意的是，Liu等人已经证明粪便中存在宿主和肠道微生物来源的外泌体miRNA，这些宿主来源的外泌体miRNA主要来自IECs和hopx阳性细胞。此外，这些宿主衍生的粪便miRNA可以直接靶向核梭杆菌和大肠杆菌中关键基因的表达，从而影响它们的生长，从而照亮了宿主通过粪便miRNA操纵肠道微生物群的选择性调控途径。机理模式图（图源自Cell Metabolism）在这项研究中，研究人员揭示了水苏糖与小IECs通信的一种新的作用模式，其中水苏糖直接结合膜蛋白HSP90b，这是外泌体分泌和组成的关键调节剂，以控制小IECs释放的外泌体miRNA。这些水苏糖改变的肠道miRNA进一步塑造了肠道微生物群，特别是丰富了乳酸杆菌。有趣的是，该研究发现了一个负反馈循环，其中由水苏糖改变的粪便miRNA形成的肠道微生物组相互阻碍乳杆菌的生长。该发现提出了水果糖-肠道miRNA-肠道微生物的调节回路，并为探索低聚糖如何与肠上皮沟通以调节肠道微生物-宿主串扰的分子机制开辟了途径。
参考消息：
https://www.cell.com/cell-metabolism/fulltext/S1550-4131(24)00408-X
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