上海交通大学医学院张明明教授最新综述|嗜粘蛋白阿克曼菌在肠道相关疾病中的生物功能

近年来，越来越多的研究聚焦于Akk 调控作用的潜在机制，以及Akk 的后生元，如巴氏杀菌细胞及其有效成分或代谢物如益生酶等，旨在以更合适的方式提供益生菌来促进宿主健康。本文讨论了主要的潜在机制及其有效成分。

1) Akk 活菌的作用

肠道疾病的发展往往伴随着肠道菌群的失调和紊乱。研究表明，肠道益生菌往往通过调节肠道内稳态，抑制有害菌的生长，促进有益菌的繁殖来缓解肠道疾病。研究发现，Akk 灌胃可增加代谢物SCFAs(如醋酸酯和丙酸酯)的产生，恢复受损的肠道微生物群，减轻小鼠的结肠炎症。此外，Akk 还能抑制白痢沙门氏菌的生长，从而减少结肠黏膜损伤。此外，Akk 能够与其他肠道细菌相互作用，调节肠道免疫功能，减轻结肠炎症。在DSS诱导的结肠炎小鼠中，灌胃戊糖乳杆菌可显著增加Akk 的丰度，使Akk 成为结肠中的优势菌，从而减轻结肠炎症。在另一项研究中，对DSS诱导的结肠炎小鼠给予Akk 可增加Clostridia、Firmicutes、Ruminococcaceae和Akkermansia的丰度，抑制拟杆菌门(Bacteroidetes)，进一步证明Akk重塑了肠道微生物群落。研究还发现，Akk和槲皮素的结合可以通过调节肠道微生物群来对肥胖和NAFLD产生保护作用。此外，最近的研究发现了Akk调节肠道微生物组成的潜在机制。首先，Akk 可以通过降解粘蛋白并产生乙酸和丙酸来支持丁酸生产者的生长。其次，Akk 可以利用其他细菌产生的维生素B12产生丙酸盐。此外，另一项研究表明，Akk 可以产生硫酸酯酶，从而通过硫化氢产生半胱氨酸，这可能会减轻宿主体内硫酸盐还原菌的毒性。综上所述，肠道的调节微生物群稳态也是Akk 作用的重要组成部分。除了直接抑制或促进其他细菌外，Akk 还通过抑制有害物质的毒性或促进有益物质的作用，在肠道相关疾病中发挥有益作用。越来越多的证据表明，一些未被吸收的食品添加剂，包括乳化剂羧甲基纤维素(CMC)和聚山梨酸酯80 (P80)，可以引起微生物群落的破坏，如Akk 的消耗和随之而来的慢性肠道炎症。向小鼠补充外源性Akk 可以防止乳化剂的有害影响，如食欲亢进、体重增加和血糖异常。Akk 给药也能减轻CMC和P80引起的轻度肠道炎症。此外，补充Akk 可以保护肠道微生物群免受CMC和P80的破坏作用。值得注意的是，本研究发现CMC和P80改变了结肠中炎症相关基因的表达，而这也被Akk 所抑制。

2) AmEVs的作用

益生菌衍生的细胞外囊泡也有益于肠道相关疾病，AmEVs在DSS诱导的结肠炎小鼠模型中表现出与Akk 相似的作用。肥胖患者和DSS诱导结肠炎小鼠粪便中AmEV显著降低。AmEV的应用降低了HFD诱导的体重增加和脂肪含量，降低了结肠上皮细胞IL-6的产生。此外，口服灌胃AmEV通过减轻体重减轻、结肠长度缩短和炎症细胞浸润来减轻DSS诱导的结肠炎。其潜在机制是，施用AmEV可显著降低肥胖小鼠结肠中TLR4的表达并激TLR2。另一方面，已经发现AmEVs通过上调occludin、ZO和claudin-5的表达来增强细胞间紧密连接。在肝脏疾病中，AmEV通过使粪便细菌组成正常化、降低肠道通透性和抑制炎症反应来预防小鼠化学诱导的肝损伤。Chelakkot等人发现，在HFD诱导的糖尿病小鼠中，AmEV可减少体重增加并改善葡萄糖耐量，并阐明了AmEV通过诱导腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)磷酸化，从而增加IECs中紧密连接蛋白的表达，从而改善HFD诱导的糖尿病小鼠肠道屏障完整性的重要机制。然而，值得注意的是，AmEV的给药减少了HFD小鼠的日进食量，这可能是除其本身的直接作用外，改善代谢的另一个重要因素。此外，实验中AmEV的剂量也不清楚。尽管上述AmEV在肠道相关疾病中的有益作用，但AmEV发挥作用的具体成分尚不清楚，这些物质是否介导了AmEV在肠道相关疾病中的功能还有待进一步研究。

3) Amuc_1434的作用

最近的研究主要集中在Akk 的特定成分，如各种蛋白质，在肠道相关疾病中的作用机制。我们发现Akk 可以直接促进肿瘤细胞的凋亡，这种作用与来自AmEV的蛋白Amuc_1434有关。Amuc_1434与正常结肠细胞结合并降解结肠癌细胞分泌的Muc2。Amuc_1434还能促进Muc2高表达的结肠癌细胞相互粘附。随后，Amuc_1434被证明上调p53的表达，p53是一种控制细胞周期起始的癌基因，导致CRC细胞在细胞周期的G0/G1期被抑制，并抑制结肠癌细胞的增殖。此外，Amuc_1434还通过激活与TNF相关的凋亡诱导配体相关的线粒体凋亡途径，诱导CRC肿瘤细胞凋亡。

4) Amuc_1100的作用

另一个来自Akk 的蛋白是Amuc_1100，该蛋白从Akk 的外膜中纯化而来并被广泛研究。Amuc_1100于2017年首次被分离鉴定，并被证明可以改善肥胖和糖尿病小鼠的代谢。该研究探讨了Amuc_1100保护作用的潜在机制，证实Amuc_1100能与TLR2直接相互作用，激活TLR2并增加IECs间紧密连接蛋白的表达，通过髓样分化因子88 (MyD88)增强磷脂酰肌醇3激酶/蛋白激酶B (PI3K/Akt)通路介导的IECs抗凋亡能力。此外，Amuc_1100和来自Akk 的LPS均结合外周血单核细胞(peripheral blood mononuclear cells, PBMCs)上的TLR2或TLR4，激活NF-κB信号通路，产生高水平的IL-10，从而调节宿主免疫应答。2020年的另一项研究进一步研究了Amuc_1100在肠道相关疾病中的作用机制，发现巴氏灭菌的Akk 或Amuc_1100可减少结肠炎小鼠脾和MLN中促炎巨噬细胞和CTL的浸润，减轻近端结肠的组织学损伤，减轻结肠炎。此外，巴氏灭菌的Akk 或Amuc_1100 可以减轻AOM/DSS诱导的结肠炎相关结直肠癌小鼠的DNA损伤，减少凋亡和结肠上皮细胞的异常增殖，显著增加MLN中CTL的数量，抑制促炎巨噬细胞PD-1的表达以及MLN和脾脏中CTL的表达，有效提高宿主对CRC的免疫作用。此外，2021年的一项研究发现，Amuc_1100可通过调节色氨酸代谢和激活AhR信号通路，增加芳烃受体(aryl hydrocarbon receptor, AhR)靶向基因IL-10和CYP1A1的表达，从而缓解结肠炎症，这可能是Amuc_1100缓解肠道炎症的新机制。2021年的另一项研究发现，Amuc_1100可通过与TLR2的直接相互作用，促进Caco-2细胞中5-羟色胺(5-HT)合成限速酶Tph1的表达，降低5-HT再摄取转运体(SERT)的表达，从而提高5-HT的生物合成和水平。5-HT是一种神经递质，是调节胃肠功能的重要信号分子，Amuc_1100可以通过调节5-HT的生物合成来改善小鼠胃肠蠕动功能。虽然Amuc_1100在IBS中的作用还没有研究，但我们仍然从这项研究中推断Amuc_1100可能具有改善IBS的潜力，这种作用可能与5-HT有关。

5) Amuc_2172的作用

Amuc_2172是新发现的一种源自Akk 的蛋白，是一种由细菌分泌的可以改善宿主细胞的功能的益生酶，并已被证明可以调节肿瘤免疫微环境，从而抑制多种CRC模型和包括黑色素瘤在内的其他肿瘤模型。研究人员鉴定出Amuc_2172是一种来自AmEV的蛋白质。其抑瘤机制是Amuc_2172作为一种原核来源的乙酰转移酶，可通过巨噬作用进入结直肠细胞，使HSP70基因组蛋白H3上的Lys14位点乙酰化，从而促进HSP70的分泌，激活CTL，促进IFN-γ的表达，起到杀伤肿瘤的作用。应用巨噬细胞膜包被的Amuc_2172纳米颗粒可促进Amuc_2172靶向递送至肿瘤细胞，从而增强其抗肿瘤作用。重要的是，Amuc_1100蛋白在AmEV中未被检测到，且与Amuc_1100相比，Amuc_2172激活CTL的功能更强。此外，结果表明Amuc_1100和Amuc_2172激活CTL的机制可能不同，因为Amuc_1100可以直接激活CTL，而Amuc_2172激活CTL需要肿瘤细胞的参与。具体来说，Amuc_2172促进癌细胞分泌HSP70，从而间接促进CTL的激活。然而，Amuc_2172是否能像Amuc_1100一样抑制肠道相关代谢性疾病的发生尚未见报道，Amuc_2172在肠道相关疾病中的作用机制有待进一步探索。综上所述，作为一种益生酶，Amuc_2172可以调节真核细胞的功能，并通过催化真核细胞蛋白靶标作为结直肠癌等疾病的潜在治疗药物。

6）其他成分的作用

除了上述成分外，Akk 的其他活性成分在肠道相关疾病中也很重要。如上所述，经巴氏杀菌的Akk可通过增强肠道屏障功能和调节肠道免疫来缓解肠道相关疾病的进展。Akk 的代谢物SCFA可作用于G蛋白偶联受体43 (GPR43)。与WT肠炎小鼠相比，Gpr43敲除肠炎小鼠IL-6和IL-22的表达更高，组织损伤更大。在补充SCFA后，它与中性粒细胞上的GPR43结合，随后诱导其凋亡，从而减轻了WT小鼠肠炎的进展，而在GPR43敲除小鼠中未能缓解。SCFA还可以影响葡萄糖代谢，改善II型糖尿病，调节肠道微生物组成和代谢，抑制肝损伤。此外，最近一项研究发现，Akk 分泌的代谢酶(β- n -乙酰己糖氨酸酶)Amuc_2109对DSS诱导的结肠炎具有显著的保护作用，主要是通过改善肠上皮屏障功能和调节肠道微生物群稳态。Amuc_2109重塑肠道微生物群，抑制DSS诱导的结肠炎中TNF-α、IL-6和NLRP3的过表达，同时促进紧密连接蛋白的表达。然而，在黏蛋白上生长的Akk中未检测到Amuc_2109 ，其在肠道相关疾病中的作用有待进一步探讨。此外，最近的一项研究发现了Akk 分泌的一种新的蛋白，命名为蛋白9 (P9)，该蛋白在体外刺激人体肠道内分泌L细胞分泌胰高血糖素样肽-1 (GLP-1)，导致肥胖小鼠循环GLP1水平适度升高，从而降低胰岛素抵抗，改善葡萄糖代谢。这一过程可能与细胞间粘附分子2 (ICAM2)的激活有关，因为ICAM2抗体在体外部分地消除了P9对GLP1的影响。此外，ICAM2的表达可能需要IL-6的参与。该研究阐明了Akk 衍生蛋白作用于肠道内分泌细胞影响代谢性疾病发生发展的新机制。然而，P9蛋白与ICAM-2相互作用的信号通路以及ICAM-2诱导GLP-1分泌的下游信号转导尚不清楚，具体的分子机制还需要更多的实验来探索。此外，Akk 在小鼠和人肠道中产生的一种脂质成分鸟氨酸脂质也有报道具有抗炎作用，可以阻止LPS诱导的炎症反应，抑制促炎细胞因子的产生，提高抗炎细胞因子IL-10的水平。