作者:黄适等 来源:《细胞宿主与微生物》 发布时间:2023/11/27 17:03:59
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研究揭示肠道微生物缓解便秘机制

 

近日,香港大学教授黄适、 海南大学教授张家超、江南大学教授翟齐啸等合作,确定了益生菌长双歧杆菌中负责改善肠道动力的基因,研究者发现拥有abfA基因簇的长双歧杆菌菌株,可以通过增强对肠道中被称为阿拉伯糖的难消化纤维的利用来改善便秘。相关研究发表于《细胞宿主与微生物》。

“我们建立了遗传变异abfA基因簇与长双歧杆菌在多种模式生物(包括小鼠和人)中的关键功能差异的因果联系,并提供了单个基因簇如何通过阿拉伯糖代谢影响宿主肠道运动的机制和生态学见解。”论文共同通讯作者翟齐啸说。

便秘是一种普遍存在的肠道疾病,全球患病率为10%至15%。胃肠动力受损与肠道微生物生态失调有关,其特征是有益微生物丰度显著减少。因此,口服益生菌已被广泛用于缓解便秘症状。

然而,益生菌对便秘的治疗效果存在很大差异。由于难以捉摸的机制,合理选择益生菌仍然是医疗保健专业人员和患者面临的挑战。此外,关于益生菌对肠道运动有益作用的大多数证据主要来自对小鼠模型的研究。

“通常在动物模型中有效的益生菌菌株,可能在人体临床试验中失败,或者在人体中的验证效果很差。”论文共同通讯作者张家超说,“转化研究迫切需要基于人类队列的概念验证研究,并结合动物研究的证据。”

基于此,合作团队着手识别并系统验证外源性益生菌或肠道微生物群影响胃肠道运动的关键遗传因素。他们从354名年龄在0~108岁的中国人体内分离出185株长双歧杆菌。借助野生长双歧杆菌菌株综合库,他们发现有效缓解小鼠便秘是由abfA簇调节的。这一关键的遗传因素优先提高了对阿拉伯糖的利用——植物多糖的常见成分,是人类难以消化的纤维,也是正常肠道微生物难以获取的营养来源。

研究人员通过基因敲除实验进一步验证了abfA基因簇的功能作用。在便秘小鼠中,长双歧杆菌而不是abfA突变体,改善了胃肠道运输时间——这一作用依赖于饮食中的阿拉伯糖。

为了确定其改善人类便秘的功能作用,研究人员结合宏基因组学和代谢组学进行了临床试验和人—小鼠粪便微生物群移植实验。在这项双盲、随机、安慰剂对照的临床试验中,补充携带abfA基因簇的长双歧杆菌,而不是abfA基因簇缺乏菌株的参与者,阿拉伯糖消化加强,并增加了有益的代谢物,改善了便秘症状。

在人类队列中,粪便微生物组中abfA基因簇的丰度能预测便秘,并且将富含abfA基因簇的人类肠道微生物群移植到便秘小鼠体内,可改善小鼠肠道蠕动。值得注意的是,除了长双歧杆菌,abfA基因/簇在肠道中普遍存在,能调节小鼠和人类的便秘症状。

研究者表示,abfA基因簇是治疗人类便秘的肠道微生物治疗靶点。更广泛地说,结果表明,在筛选益生菌或推断其治疗胃肠道疾病的疗效时,应首先考虑控制益生菌独特代谢能力的遗传因素。

“总的来说,这项研究确定并系统地描述了一个负责阿拉伯糖消化的关键遗传因素,解决了益生菌领域的一个关键挑战,即益生菌治疗功效中广泛但未知的菌株特异性。”黄适说,“我们的概念验证研究还为合理开发可定植的功能性益生菌建立了可推广的原则,这些益生菌在多种模式生物中具有持久的治疗效果。此外,abfA基因簇在肠道微生物群中非常普遍,因此可以将其开发为胃肠道疾病的简单而强大的生物标志物。”(来源:中国科学报 冯丽妃)

相关论文信息:http://doi.org/10.1016/j.chom.2023.10.016

 
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