N-acetylglucosamine

导读    嗜黏蛋白阿克曼氏菌（Akkermansia muciniphila）是一种定殖于肠道黏膜的肠道细菌，在维持肠道健康方面发挥作用，且在潜在治疗应用方面展现出良好前景。嗜黏蛋白阿克曼氏菌作为人体肠道微生物组的重要成员，在人体肠道中占据独特生态位，这一发现为肠道健康、有益微生物及宿主-微生物群相互作用相关研究提出了新假说。在人体微生物组研究领域，该微生物已确立独特地位，这与其在肠道生态系统中的作用相似。嗜黏蛋白阿克曼氏菌在利用黏蛋白糖类方面具有独特特性，且其作用机制能够改变宿主健康状况，这些因素使其成为多个研究领域广泛关注的对象。凭借调节人体健康和肠道微生物组结构的能力，嗜黏蛋白阿克曼氏菌正成为重点研究的模式生物，相关研究已推动商业化产品开发、基因模型构建以及潜在益生菌制剂研发。    本综述概述了嗜黏蛋白阿克曼氏菌及阿克曼氏菌属（Akkermansia）的系统发育、生态生理学特征与多样性。此外，综述还探讨了嗜黏蛋白阿克曼氏菌的生态学视角、利用其有益作用改善人体黏膜代谢与肠道健康的策略，以及其作为诊断和预后生物标志物的潜力。 论文ID 原名：Akkermansia muciniphila: biology, microbial ecology, host interac              tions and therapeutic potential 译名：嗜黏蛋白阿克曼氏菌：生物学特性、微生物生态学特征、宿主相互     作用及治疗潜力 发表期刊：NATURE REVIEWS MICROBIOLOGY IF：103.3 发表时间：2025年5月 通讯作者：Belzer, Clara 通讯作者单位：Wageningen Univ & Res, Lab Microbiol, DOI：10.1038/s41579-024-01106-1 实验设计 实验结果 1 阿克曼氏菌属的物种与菌株多样性 在2004年嗜黏蛋白阿克曼氏菌被发现之前，人们并未知晓疣微菌门（Verrucomicrobiota，前称Verrucomicrobia）的微生物会存在于肠道系统中。这是因为当时用于荧光原位杂交的核糖体RNA基因引物无法检测到该菌门。此后，研究人员在多种脊椎动物的肠道样本中均发现了嗜黏蛋白阿克曼氏菌的序列。直到近期，学界才开始深入认识该属及该物种的存在情况与多样性（表1及专栏1），本部分将对此展开探讨。 1.1 嗜黏蛋白阿克曼氏菌在生命全周期及胃肠道中的分布 嗜黏蛋白阿克曼氏菌在人类胃肠道中广泛存在，且在生命的各个阶段均保持较高丰度。尽管该菌的研究多基于粪便和黏膜样本，但在口腔和小肠中也检测到了它的踪迹。嗜黏蛋白阿克曼氏菌可在出生后第一个月定植于胃肠道，且在出生后一年内，其定植率和丰度会逐步上升。在成年人中，该细菌的相对丰度在0%至4%之间波动，而其定植率则因研究而异，具体取决于研究对象的年龄、地理位置、饮食结构及健康状况。对不同年龄、不同背景人群的宏基因组分析显示，在收集的3810份样本中，有1159份样本的宏基因组组装基因组被鉴定为嗜黏蛋白阿克曼氏菌。在百岁老人和超百岁老人的肠道中，阿克曼氏菌属的序列在已大幅缩减的肠道微生物核心群落中仍保持较高丰度，研究推测其可能是健康衰老的标志物。不过，也有研究指出，在生命晚期，阿克曼氏菌属的丰度会出现下降。 目前尚不清楚，百岁老人肠道内的炎症是由黏蛋白降解菌引发，还是炎症导致肠道环境不再适合嗜黏蛋白阿克曼氏菌生存；但可以确定的是，嗜黏蛋白阿克曼氏菌的存在对肠道黏膜健康和代谢健康具有益处。嗜黏蛋白阿克曼氏菌的存在与否及丰度还受地理因素影响：中国人群与西方人群的该细菌定植率存在差异，且特定地理区域往往与特定菌株的关联更为密切。这一现象可能与宿主基因型、环境因素或饮食习惯有关。目前，低纤维饮食、膳食乳化剂及其他已知会对肠道微生物群产生不利影响的化合物，其对阿克曼氏菌属不同物种和菌株存在与否的具体作用，仍需进一步深入研究。此外，嗜黏蛋白阿克曼氏菌在部分人群肠道中存在，在另一部分人群中则缺失。目前尚未明确的是：在该细菌缺失的情况下，肠道黏膜生态位是否会被其他微生物占据？这种存在或缺失的潜在原因及可能引发的后果又是什么？由于嗜黏蛋白阿克曼氏菌的主要生态位是肠道黏膜层，而当前研究数据多基于粪便样本，因此改进黏液样本的采集方法和DNA提取技术，将能更准确地反映肠道中阿克曼氏菌属的真实分布情况。 1.2 阿克曼氏菌属的物种与菌株分布及功能特性 长期以来，嗜黏蛋白阿克曼氏菌一直是人类肠道中唯一被分离鉴定出的疣微菌门微生物。近期研究估算，该菌可能存在4至7个系统发育群。对阿克曼氏菌属的基因组分析表明，人类肠道中可能存在超过25个阿克曼氏菌物种。近期，通过对多个阿克曼氏菌基因组的生物信息学分析，已证实单个个体肠道内可同时定植该属的多个物种。在菌株层面，人类肠道并非仅定植嗜黏蛋白阿克曼氏菌的单一菌株（专栏1），而是由多个菌株共同组成的群落，且通常有一个菌株占据主导地位。菌株层面的这种丰富性表明，不同菌株之间可能存在竞争关系；但菌株的抑制也可能是宿主肠道环境条件作用的结果。基于基因组分析、黏蛋白生长实验及短链脂肪酸生成实验发现，从不同哺乳动物肠道中分离的嗜黏蛋白阿克曼氏菌菌株，其基因组和生理特性差异较小。这一现象表明，嗜黏蛋白阿克曼氏菌已通过进化优化，与肠道黏膜环境形成了共生关系（表1），而这种特性已嵌入该属的泛基因组中。尽管阿克曼氏菌属的微生物普遍与黏液存在关联，但不同物种的生理特性仍存在差异（表1）。例如，与嗜黏蛋白阿克曼氏菌模式菌株MucT相比，琵琶湖阿克曼氏菌在母乳低聚糖（HMOs）——如2'-岩藻糖基乳糖、3'- 岩藻糖基乳糖和 6'- 唾液酸乳糖——中的生长能力显著增强，这可能与其具有更多样化的糖苷水解酶谱有关。此外，嗜黏蛋白阿克曼氏菌可利用岩藻糖生长，而马赛阿克曼氏菌和糖阿克曼氏菌则能利用半乳糖生长。嗜黏蛋白阿克曼氏菌还表现出菌株特异性的功能特征。例如，不同菌株对母乳低聚糖的利用效率存在差异；在维生素B₁₂合成能力上（系统发育群AmII的菌株可合成维生素B₁₂，而系统发育群AmI的菌株则不能），不同菌株也存在区别，这导致其发酵产物存在显著差异。已有研究报道，在溃疡性结肠炎小鼠模型和慢性结肠炎小鼠模型中，不同菌株对肠道完整性的影响存在菌株特异性差异；而在临床前肥胖小鼠模型中，不同菌株对宿主代谢的调节作用也表现出菌株特异性。物种与菌株间的这种功能多样性表明，分离并全面鉴定新菌株具有重要意义——这有助于评估菌株间的相互作用，并为开发菌株特异性应用提供依据。 表1.已鉴定及待确认的阿克曼氏菌属物种 ANI，平均核苷酸一致性（average nucleotide identity）；2′-FL，2′-岩藻糖基乳糖（2′-fucosyllactose）；GalNAc，N-乙酰半乳糖胺（N-acetylgalactosamine）；GlcNAc，N-乙酰葡糖胺（N-acetylglucosamine）；HMO，母乳低聚糖（human milk oligosaccharide）；3′-SL，3′-唾液酸乳糖（3′-sialyllactose）。 2 嗜黏蛋白阿克曼氏菌的生物学特征 在本节中，我们将阐述嗜黏蛋白阿克曼氏菌的关键特征，并总结其代谢与生理方面的核心特性。 2.1 形态与外膜结构 嗜黏蛋白阿克曼氏菌为革兰氏阴性菌，呈椭圆形，体外培养时长度为0.6-1.0微米。首批电子显微镜图像显示，该细菌具有菌毛样细丝，后续研究证实这些细丝参与免疫刺激过程，并能帮助细菌黏附于其他细胞及黏液。通过提取嗜黏蛋白阿克曼氏菌的膜蛋白，研究人员发现PilQ蛋白（基因编号Amuc_1098）是一种主要的外膜蛋白。嗜黏蛋白阿克曼氏菌基因组中含有多个IV型菌毛（type IV pili）相关蛋白的编码基因，且该基因簇的表达产物在膜蛋白和细胞包膜蛋白组分中含量较高。其中，Amuc_1098被注释为IV型菌毛的PilQ蛋白，且已证实其定位于细菌外膜。此外，外膜蛋白Amuc_1100在结构上与IV型菌毛系统的PilO蛋白相似，而嗜黏蛋白阿克曼氏菌的Amuc_1102蛋白则与古菌的IV型（菌毛相关蛋白）在结构上具有相似性。菌毛相关蛋白具有结构相似性。IV型菌毛参与多种细胞功能，包括细胞黏附、运动及生物膜形成（详见参考文献62综述）（图1）。外膜蛋白Amuc_1100具有免疫刺激活性，可诱导Toll样受体2（Toll-like receptor 2, TLR2）激活并促进细胞因子产生。已知嗜黏蛋白阿克曼氏菌能黏附于体外培养的结肠上皮细胞。此外，该细菌可通过识别乳糖-N-新四糖（LacNAc，即N-乙酰乳糖胺，分子结构为Galβ1−4GlcNAc），特异性结合黏蛋白的O-聚糖——这种O-聚糖常见于人类结肠黏蛋白中。然而，目前仍需进一步研究以明确嗜黏蛋白阿克曼氏菌菌毛的结构与功能，以及该细菌可能采用的其他黏附机制。 除菌毛蛋白外，已有研究表明嗜黏蛋白阿克曼氏菌可通过脂多糖（LPS）与宿主发生相互作用：其LPS可通过TLR4诱导宿主产生NF-κB（核因子κB）及细胞因子。此外，在与多形拟杆菌共培养时，嗜黏蛋白阿克曼氏菌会上调自身LPS生物合成相关基因的表达，研究推测这一变化可能增强其对抗菌肽的抗性。更重要的是，嗜黏蛋白阿克曼氏菌的肽聚糖层中含有非乙酰化葡萄糖胺残基——这一特征在革兰氏阴性菌中并不常见。事实上，嗜黏蛋白阿克曼氏菌产生的胞壁肽可被宿主的NOD1（核苷酸结合寡聚化结构域1）和NOD2受体识别。 图1.嗜黏蛋白阿克曼氏菌的生物学特征 菌毛细胞膜成分是嗜黏蛋白阿克曼氏菌的关键生物学特征。其中，菌毛参与细菌的黏附、生物膜形成、细胞运动，并可通过TLR2发挥免疫刺激作用。嗜黏蛋白阿克曼氏菌具有革兰氏阴性菌类型的细胞壁，其外层含脂多糖，内层为肽聚糖层。这些胞壁肽可被宿主的NOD1和NOD2受体识别。 2.2 生理特性与基础代谢 嗜黏蛋白阿克曼氏菌偏好的底物是黏蛋白，它还能利用岩藻糖、葡萄糖、GalNAc和GlcNAc，但前提是环境中存在GlcNAc。该细菌还需从外界获取L-苏氨酸，即自身无法合成L-苏氨酸。GlcNAc被转运至细菌细胞内后，会发生磷酸化修饰随后进入糖酵解途径或肽聚糖合成途径。嗜黏蛋白阿克曼氏菌发酵黏蛋白聚糖后，会产生乙酸盐、丙酸盐、琥珀酸盐和1,2-丙二醇，同时释放硫酸盐。当以单糖为碳源生长时，乙酸盐和丙酸盐是主要的次级代谢产物，但二者的比例会因碳源不同而变化：具体取决于使用的是N-乙酰葡糖胺、N-乙酰半乳糖胺，还是脱乙酰化的D-葡糖胺（GlcN）与葡萄糖。若使用后一类碳源（即脱乙酰化的D-葡糖胺与葡萄糖），细菌会产生更多丙酸盐。这可能是因为葡萄糖生成的乙酸盐会转化为乙酰辅酶A，而乙酰辅酶A可用于D-葡糖胺的乙酰化反应。在嗜黏蛋白阿克曼氏菌中，岩藻糖的利用会上调脱氧己糖途径，进而促使1,2-丙二醇产生。上述代谢产物均通过厌氧发酵生成，但在可耐受的低氧浓度环境下，乙酸盐与丙酸盐的比例会升高。黏蛋白发酵产生的代谢产物对宿主上皮细胞和免疫细胞均具有有益作用，同时还能产生全身性影响。乙酸盐和丙酸盐在葡萄糖调节、食物成分代谢及能量调节过程中发挥关键作用。这些过程涉及对肠道激素（如酪酪肽PYY）和胰高血糖素样肽-1（glucagon-like peptide 1, GLP-1））的调节，也包括对胰岛素、胰高血糖素等其他激素的调节，此外还会影响食欲调控与胃排空。另外，丙酸盐和琥珀酸盐可在肝脏中用于葡萄糖的生成。最后，有证据表明，丙酸盐对结肠癌细胞具有抗增殖作用。 3 嗜黏蛋白阿克曼氏菌对肠道环境的适应性 在本节中将介绍嗜黏蛋白阿克曼氏菌的关键特征，并概述其代谢与生理方面的基本特性。 3.1 嗜黏蛋白阿克曼氏菌生长所利用的碳源 3.1.1 黏蛋白聚糖的降解及相关代谢产物的产生 嗜黏蛋白阿克曼氏菌的基因组编码了协同降解黏蛋白聚糖所需的全部酶类（图2）。岩藻糖、唾液酸和硫酸盐基团位于黏蛋白聚糖的末端，研究推测这些基团会阻碍对其下方聚糖的接触，因此将它们释放出来是降解黏蛋白聚糖的关键步骤。嗜黏蛋白阿克曼氏菌编码12种硫酸酯酶，其中6种在以黏蛋白为碳源生长时会出现表达上调。最新刊载研究表明，这些硫酸酯酶具有不同的底物特异性，可作用于黏蛋白中存在的4-硫酸半乳糖（4S-Gal）、4-硫酸-N-乙酰半乳糖胺（4S-GalNAc）和/或6-硫酸-N-乙酰半乳糖胺（6S-GalNAc）。尽管嗜黏蛋白阿克曼氏菌无法代谢唾液酸，但它编码了3种唾液酸酶。最新刊载研究显示，其中2种属于糖苷水解酶33家族（GH33），可作用于α-2,3-唾液酸键和α-2,6-唾液酸键；另1种属于糖苷水解酶181家族（GH181），能特异性作用于唾液酸化Tn抗原。嗜黏蛋白阿克曼氏菌的岩藻糖苷酶分别来自糖苷水解酶29家族（GH29，共4种）和糖苷水解酶95家族（GH95，共2种），在以黏蛋白为碳源生长时具有活性。最新刊载研究指出，这些岩藻糖苷酶对多种岩藻糖基化底物具有活性，且各自拥有不同的底物特异性。突变实验表明，1种GH33家族唾液酸酶、1种GH29家族岩藻糖苷酶和1种GH95家族岩藻糖苷酶对嗜黏蛋白阿克曼氏菌降解黏蛋白聚糖至关重要；蛋白质组学分析也证实，在以黏蛋白为碳源生长时，这种GH95家族岩藻糖苷酶的含量极高。 为从黏蛋白中裂解出半乳糖、N-乙酰葡糖胺和N-乙酰半乳糖胺，嗜黏蛋白阿克曼氏菌编码了半乳糖苷酶和己糖胺酶（图2）。最新刊载研究表明，嗜黏蛋白阿克曼氏菌可编码来自糖苷水解酶27家族（GH27）、36家族（GH36）、97家族（GH97）和110家族（GH110）的α-半乳糖苷酶，以及来自糖苷水解酶2家族（GH2）、16家族（GH16）和35家族（GH35）的β-半乳糖苷酶，且这些酶具有不同的底物特异性。其中，一种与外膜相关的GH16家族β-半乳糖苷酶可裂解多聚乳糖-N-新四糖链。其中一种GH110家族α-半乳糖苷酶在嗜黏蛋白阿克曼氏菌以黏蛋白为碳源生长时含量丰富。此外，嗜黏蛋白阿克曼氏菌还编码来自糖苷水解酶18家族（GH18）、20家族（GH20）、36家族（GH36）、84家族（GH84）、89家族（GH89）和109家族（GH109）的己糖胺酶。更具体地说，该细菌可编码来自GH36家族和GH109家族的α-N-乙酰半乳糖胺酶。 最新刊载研究表明，嗜黏蛋白阿克曼氏菌的一种GH36家族酶可裂解多种α-N-乙酰半乳糖胺底物，包括构成黏蛋白聚糖骨架基础的Tn抗原。有趣的是，该刊载还指出，两种GH31家族酶可从黏蛋白的肽骨架上裂解下N-乙酰半乳糖胺，但无法作用于Tn抗原。嗜黏蛋白阿克曼氏菌编码的两种α-N-乙酰葡糖胺酶（均属于GH89家族）在其以黏蛋白为碳源生长时均大量存在，而其中一种酶的基因突变会导致细菌生长受阻。最后，嗜黏蛋白阿克曼氏菌还编码来自GH18家族、GH20家族和GH84家族的β-N-乙酰葡糖胺酶。最新刊载研究显示，嗜黏蛋白阿克曼氏菌的GH20家族酶主要为外切型β-N-乙酰葡糖胺酶，且具有不同的底物特异性，部分酶还对GalNAc表现出催化活性；而GH84家族β-N-乙酰葡糖胺酶则更偏好以二糖为底物。有趣的是，这种GH84家族酶在细菌以黏蛋白为碳源生长时含量丰富。目前，GH18家族β-N-乙酰葡糖胺酶的特性尚未明确，但该酶的基因突变并不会导致细菌在以黏蛋白为碳源时生长受阻，且并非所有嗜黏蛋白阿克曼氏菌菌株都能编码GH18家族，这表明该酶可能并非嗜黏蛋白阿克曼氏菌降解黏蛋白所必需的。 嗜黏蛋白阿克曼氏菌可发酵岩藻糖、葡萄糖、N-乙酰半乳糖胺和N-乙酰葡糖胺，但生长过程中必须依赖GlcNAc的存在。在黏蛋白降解过程中，完整的聚糖及其降解产物会在嗜黏蛋白阿克曼氏菌的细胞内区室中积累。黏蛋白的降解由一组被称为“黏蛋白利用基因座（MUL）”的基因簇调控，该基因簇包含编码菌毛和周质蛋白复合物的基因。嗜黏蛋白阿克曼氏菌的生存优势被认为源于其酶对黏蛋白的高度特异性——这一点在近期的研究中已得到充分表征。这一特征具有重要意义，因为黏蛋白的降解通常发生在微生物协同作用的网络中，极少由单一微生物独立完成。 图2.嗜黏蛋白阿克曼氏菌降解黏蛋白聚糖与母乳低聚糖的酶系统 嗜黏蛋白阿克曼氏菌能产生唾液酸酶、岩藻糖苷酶、半乳糖苷酶、己糖胺酶和硫酸酯酶，这些酶既可作用于黏蛋白聚糖，也可作用于母乳低聚糖。黏蛋白聚糖与母乳低聚糖虽具有相似的结构，但在来源、特定单体、利用方式及糖基化类型上存在差异：肠道黏液层由黏蛋白（高度糖基化的蛋白质）构成，其聚糖成分包含N-乙酰半乳糖胺（GalNAc）、N-乙酰葡糖胺（GlcNAc）和半乳糖，并修饰有唾液酸（Neu5Ac）、岩藻糖和/或硫酸基团；与之不同，母乳低聚糖是母乳中游离的低聚糖，成分包含葡萄糖、半乳糖、N-乙酰葡糖胺和N-乙酰半乳糖胺，仅修饰有唾液酸或岩藻糖。正是基于这些结构相似性，嗜黏蛋白阿克曼氏菌可利用同类酶降解这两种底物。 3.1.2 母乳聚糖的降解与生命早期定植 嗜黏蛋白阿克曼氏菌在生命早期即可出现在肠道中，且在母乳样本中也检测到了该菌的存在。约1/10的母乳喂养婴儿肠道内定植有嗜黏蛋白阿克曼氏菌，而停止母乳喂养后，婴儿肠道内该菌的丰度会升高。目前婴儿喂养方式对嗜黏蛋白阿克曼氏菌丰度的影响尚未完全明确：有研究表明配方奶喂养婴儿肠道内该菌的相对丰度更高，但也有研究未发现两种喂养方式下该菌丰度存在差异。对定植了合成微生物群落的小鼠开展的研究显示，若母鼠摄入低纤维饮食，其哺育的幼鼠肠道内嗜黏蛋白阿克曼氏菌丰度的升高会延迟，且免疫系统的多项指标也会发生改变。此外，定植了“非分泌型母亲母乳喂养婴儿粪便微生物”的小鼠，其肠道内阿克曼氏菌属的丰度显著高于定植了“分泌型母亲母乳喂养婴儿粪便微生物”的小鼠。分泌型母亲携带功能性分泌基因（FUT2），该基因可使母乳低聚糖主链上连接α-1,2-岩藻糖。不过，鉴于幼鼠的分泌状态会影响黏蛋白分解菌可利用的黏膜岩藻糖基化模式，因此研究阿克曼氏菌属丰度与幼鼠分泌状态的关联也具有重要意义。越来越多的证据表明，嗜黏蛋白阿克曼氏菌在生命早期的定植可能是进化过程中形成的适应性机制，这得益于其既能降解黏蛋白并以黏蛋白为营养生长，也能降解母乳低聚糖并以其为营养生长的能力。母乳低聚糖含有与黏蛋白聚糖相似的糖苷结构，嗜黏蛋白阿克曼氏菌可利用其降解黏蛋白聚糖的酶系统来降解母乳低聚糖，该酶系统包括GH29家族α-岩藻糖苷酶、GH33家族α-唾液酸酶、GH35家族β-半乳糖苷酶以及GH20家族β-己糖胺酶。 3.2 蛋白质降解与氨基酸合成 嗜黏蛋白阿克曼氏菌含有能切割黏蛋白肽骨架的蛋白酶。其中，部分蛋白酶的体外黏蛋白降解能力已得到证实：Amuc_1434和Amuc_0627这两种蛋白酶可降解黏蛋白2（MUC2）。Amuc_0627、Amuc_0908和Amuc_1514均属于M60样/PF13402家族蛋白酶，该家族蛋白酶能识别并水解O-连接糖蛋白，且可从黏蛋白中切割出带有O-糖基化修饰的丝氨酸或苏氨酸残基。此外，Amuc_1438和Amuc_1119（又称O-糖肽酶OgpA）已被鉴定为O-糖肽酶，这类酶能特异性切割O-糖基化丝氨酸或苏氨酸残基氨基端的肽骨架。体外实验表明，嗜黏蛋白阿克曼氏菌依赖宿主黏蛋白中的苏氨酸获取氮源。诱变实验进一步显示，当以黏蛋白为生长底物时，该菌需从头合成其他氨基酸——这很可能是因为黏蛋白肽骨架中这些氨基酸的丰度较低，会限制细菌的生长速率 3.3 耐氧性 尽管肠道通常被认为是无氧环境，但黏膜下层的氧分压可达80-100毫米汞柱。这一氧梯度会逐渐降低，在肠腔中点处达到近乎无氧的状态，使其成为人体内氧梯度最陡峭的区域。因此，生活在黏膜层的细菌必须具备适应氧气存在的能力。嗜黏蛋白阿克曼氏菌在有氧条件下1小时的存活率可达90%，且在纳摩尔浓度的氧气环境中生长速度更快、生物量更高，同时有证据表明其能进行氧还原反应。该菌还可在有氧条件下进行呼吸作用，其机制是利用细胞色素bd复合物（由Amuc_1694至Amuc_1965基因编码）作为末端氧化酶。近期研究发现，嗜黏蛋白阿克曼氏菌细胞在4°C和22°C条件下放置72小时后，仍能保持较高的存活率。嗜黏蛋白阿克曼氏菌克服的另一项与有氧生长相关的限制，是对活性氧（ROS）的耐受与清除。过氧化氢酶HPII、烷基氢过氧化物还原酶及超氧化物歧化酶等酶的表达上调，表明该菌可将活性氧转化为无毒形式的氧。此外，嗜黏蛋白阿克曼氏菌能在巨噬细胞和单核细胞内存活24小时，这一现象进一步证明了其清除活性氧的能力。 3.4 胆汁酸抗性 胆汁酸参与脂质消化过程，尽管大部分胆汁酸会在回肠被重吸收，但仍有约5%的胆汁酸会到达大肠。体外实验表明，嗜黏蛋白阿克曼氏菌可耐受不同浓度的胆汁酸，但其耐受性取决于胆汁酸的来源：浓度为0.1%、0.5%和1%的猪胆汁提取物可促进该菌生长，而浓度为0.5%的纯化胆盐则会对其生长产生抑制作用。胆汁酸的组成也会影响嗜黏蛋白阿克曼氏菌的生长：脱氧胆酸可促进该菌生长，而其他类型的胆汁酸则会产生抑制作用或无明显作用。在啮齿动物模型中，盲肠和粪便中嗜黏蛋白阿克曼氏菌的相对丰度与循环中的初级胆汁酸水平呈正相关。当存在胆汁酸时，嗜黏蛋白阿克曼氏菌会改变与胞外聚合物生物合成及分泌相关的酶的表达，这提示其细胞膜结构可能发生了变化。已有研究表明，双歧杆菌中EPS的改变可直接增强其对胆汁酸的抗性。因此，嗜黏蛋白阿克曼氏菌的可能也具有类似的保护作用，再结合角鲨烯相关的膜结构，共同促进该菌在含胆汁酸环境中的生长。此外，一种推测的胆汁酸转运蛋白会持续表达，该蛋白可能参与胞内胆汁酸的排出；同时，其他一些转运蛋白在牛胆汁的作用下也会被上调表达。目前仍需进一步研究以明确嗜黏蛋白阿克曼氏菌中EPS与胆汁酸抗性的关联，研究方向包括：对该菌EPS进行更全面的表征、开展EPS相关基因的敲除与异源表达实验，以及在体内环境中给嗜黏蛋白阿克曼氏菌补充不同组成的胆汁酸并观察其反应。 3.5 作为益生元补充剂的多酚 食物的摄入会影响肠道环境，而富含多酚的食物与嗜黏蛋白阿克曼氏菌丰度的增加相关。给喂食高脂饮食的小鼠补充蔓越莓提取物或给高脂饮食小鼠补充康科德葡萄多酚后，其代谢指标与免疫指标均得到改善，同时嗜黏蛋白阿克曼氏菌的丰度也有所增加。此外，给结肠炎模型小鼠的饮食中补充地奥司明后，小鼠肠道内嗜黏蛋白阿克曼氏菌丰度升高，炎症标志物水平降低，黏蛋白2的表达量也有所增加。在一项给人类受试者补充600毫克黑接骨木提取物的研究中，阿克曼氏菌属的丰度与提取物的摄入显著相关，且这种相关性在补充结束后仍持续存在。目前，不同多酚促进阿克曼氏菌属生长的具体机制尚未完全明确，但已有大量综述探讨了其可能的作用方式。这些作用方式包括：通过被嗜黏蛋白阿克曼氏菌利用而直接作用于该菌；或通过改变肠道周围微环境，或通过影响与嗜黏蛋白阿克曼氏菌存在相互作用的其他细菌，从而间接作用于该菌。目前尚无实验证据表明嗜黏蛋白阿克曼氏菌能通过降解并利用多酚实现生长，唯一的线索来自通过计算推测出的相关酶类。不过，给小鼠施用多酚后，其肠道黏液厚度增加，MUC2的合成量也有所提升，而这可能为嗜黏蛋白阿克曼氏菌的生长提供更多底物。 4 在宿主应答与健康中的作用 在本节中，总结了嗜黏蛋白阿克曼氏菌与免疫系统之间相互作用的机制性证据。我们还阐述了该菌促进代谢健康、改善肠道屏障功能的作用机制，以及其在肠-脑轴中发挥的作用（图3）。 4.1 嗜黏蛋白阿克曼氏菌与免疫系统的相互作用 嗜黏蛋白阿克曼氏菌可通过Toll样受体（TLRs）被免疫系统识别。将表达单一受体的HEK-Blue细胞与嗜黏蛋白阿克曼氏菌或其培养上清共孵育后，会刺激TLR2和TLR4，但不会刺激TLR5和TLR9。其中，嗜黏蛋白阿克曼氏菌的菌毛可被TLR2识别，其细胞壁中的脂多糖可被TLR4识别。该菌的胞外囊泡同样能刺激TLR2和TLR4，并激活下游信号分子。这一特性具有重要意义，因为大多数革兰氏阴性菌仅能刺激TLR4。嗜黏蛋白阿克曼氏菌细胞膜中含有的二酰基磷脂酰乙醇胺，可激活TLR2-TLR1异二聚体，进而引发一系列应答反应，包括细胞因子和趋化因子的产生，以及通过NF-κB、丝裂原活化蛋白激酶和磷脂酰肌醇3-激酶通路激活其他免疫细胞。相关分子机制已有大量综述进行过详细阐述。值得注意的是，嗜黏蛋白阿克曼氏菌似乎具有“训练”免疫系统的能力，这一体外和离体细胞实验观察结果，为研究微生物在肠道内的早期定植机制奠定了基础。具体而言，在巨噬细胞和单核细胞中，先加入嗜黏蛋白阿克曼氏菌的活菌或死菌进行处理，后续再加入活菌时，体外实验显示细胞因子（即肿瘤坏死因子TNF和白细胞介素10 IL-10）的表达水平会显著下调。 嗜黏蛋白阿克曼氏菌的其他表位与宿主受体也参与识别过程。例如，RKH肽可与TLR4结合，并可能阻断TLR4由脂多糖诱导的激活；这一机制已在体外实验、小鼠模型及仔猪模型中得到验证，且研究发现该肽能减轻脓毒症宿主的炎症反应。 另一种名为p9的肽可直接与免疫球蛋白样黏附蛋白ICAM2结合，进而诱导胰高血糖素样肽1（GLP1）及相应肽的分泌。在巨噬细胞实验中还观察到，p9还参与IL-6的产生；通过基因敲除技术阻断小鼠体内IL-6的合成，进一步证实了IL-6对GLP1合成的重要性。与其他已检测细菌的氨酰-tRNA合成酶（TARS）不同，嗜黏蛋白阿克曼氏菌的氨酰-tRNA合成酶具有独特特性，主要以分泌形式存在，且不会通过胞外囊泡转运。通过激活TLR2，这些酶能在骨髓来源的巨噬细胞中诱导IL-10的产生。嗜黏蛋白阿克曼氏菌产生的鸟氨酸脂质，已在其培养基及胞外囊泡中被检测到；该脂质可调控促炎及抗炎细胞因子的产生，包括上调IL-10的水平——脂多糖也能诱导IL-10的产生。值得注意的是，革兰氏阴性菌中的多形拟杆菌和大肠杆菌均不能产生鸟氨酸脂质。在嗜黏蛋白阿克曼氏菌存在的情况下，骨髓来源的巨噬细胞中与细菌识别相关的受体（包括Tlr1、Tlr2、Tlr4）及其他受体（如Nod1、Nod2、Clec4）的表达水平会显著升高。 4.2 嗜黏蛋白阿克曼氏菌对代谢健康的促进作用 嗜黏蛋白阿克曼氏菌因与糖尿病、肥胖症、脂肪肝等代谢性疾病呈负相关，且与瘦体型呈正相关，已引起广泛关注。在小鼠实验中，高脂饮食不仅对代谢指标产生不利影响，还会降低肠道内嗜黏蛋白阿克曼氏菌的水平。即便在非肥胖人群中，2型糖尿病患者肠道内嗜黏蛋白阿克曼氏菌的丰度也显著更低。然而，嗜黏蛋白阿克曼氏菌的丰度还与二甲双胍（2型糖尿病患者常用药物）的使用呈正相关，因此在这类研究中，二甲双胍的使用需被视为一个混杂因素。 给小鼠补充活的嗜黏蛋白阿克曼氏菌，可减轻高脂饮食带来的部分主要负面影响，例如抑制体重增加、缓解代谢性炎症、改善胰岛素抵抗及减轻记忆衰退。此外，补充巴氏杀菌后的嗜黏蛋白阿克曼氏菌细胞在抑制小鼠体重增加方面效果更显著，且单独施用Amuc_1100菌毛也能达到这一效果。这些作用已在多项研究中得到重复验证，其中有研究指出，相较于对照组，给高脂饮食的成年小鼠补充嗜黏蛋白阿克曼氏菌，可降低其血清甘油三酯和丙氨酸氨基转移酶水平。一项概念验证研究给人类受试者分别施用活的和热灭活的嗜黏蛋白阿克曼氏菌，结果显示，与未接受处理的高体重指数对照组相比，受试者的血液胰岛素水平和胆固醇水平均显著降低。 目前，关于嗜黏蛋白阿克曼氏菌影响代谢的潜在机制已有相关研究，且这些研究主要在模型系统中开展。一项类器官研究表明，嗜黏蛋白阿克曼氏菌可特异性调控代谢相关基因的转录过程。研究人员提出，观察到的肝脏脂肪堆积抑制效应，可能与固醇调节元件结合蛋白及IL-6的转录水平降低有关——其中，前者是调控脂肪酸代谢的关键转录调节因子，后者是控制炎症反应的白细胞介素。嗜黏蛋白阿克曼氏菌调控脂肪堆积的更多证据来自一项针对“经该菌处理小鼠”的研究：高脂饮食后，这些小鼠体内氧化标志物基因（Cpt1a、Acox1、Pgc1a、Ppara）的表达水平可恢复正常。此外，小鼠体内免疫系统、嗜黏蛋白阿克曼氏菌与血糖稳态三者间的关联机制已被阐明：能调控IL-6表达的γ-干扰素（IFNγ），可通过与Irgm1基因直接结合，影响小鼠肠道内嗜黏蛋白阿克曼氏菌的丰度，而该菌进而会对血糖调节产生影响。同一研究还发现，在人类中，嗜黏蛋白阿克曼氏菌的丰度与血糖水平呈负相关，且人类十二指肠活检样本中IFNγ调控基因的表达情况也与该菌丰度存在关联。另有研究显示，p9肽诱导产生的IL-6还可调控胰高血糖素样肽1的合成，最终减少高脂饮食小鼠的脂肪组织体积，并改善其葡萄糖耐受不良状况。嗜黏蛋白阿克曼氏菌的相对丰度还与磷脂酶D1基因的遗传标记存在关联，该基因在人体中编码一种磷脂酰胆碱磷脂酶。后续研究表明，缺失该基因的小鼠会出现体重增加、食欲亢进、血液中游离脂肪酸水平升高及血糖升高等现象。嗜黏蛋白阿克曼氏菌还可能对胆固醇调节产生直接影响：研究发现该菌可上调骨髓来源巨噬细胞中清道夫受体Marco的表达，而已知该受体能与低密度脂蛋白胆固醇结合。不过，目前仍需更多体内研究来明确这一机制是否会对血液胆固醇调节产生直接作用。 4.3 嗜黏蛋白阿克曼氏菌与肠道屏障完整性 嗜黏蛋白阿克曼氏菌在肠道健康中的有益作用体现在多个方面，包括维护肠道屏障功能、发挥抗炎特性，以及调控黏液和其下方上皮层的生理状态。在Caco-2细胞系上开展的嗜黏蛋白阿克曼氏菌体外实验表明，该菌具有增强肠上皮细胞单层完整性的潜力，跨上皮电阻的升高便是这一作用的直接证据。给高脂饮食小鼠施用嗜黏蛋白阿克曼氏菌后，小鼠体内酰基甘油（内源性大麻素）水平升高，肠道黏液厚度增加，杯状细胞数量也有所增多。在特定无病原体小鼠中，施用嗜黏蛋白阿克曼氏菌可降低血浆中的脂多糖水平。在快速衰老的Ercc1基因敲除小鼠中，补充嗜黏蛋白阿克曼氏菌能阻止黏液层厚度随年龄增长而下降的趋势。此外，嗜黏蛋白阿克曼氏菌还可诱导杯状细胞合成黏蛋白，进而促进黏液层增厚并维持其结构稳定 在Caco-2细胞上开展的体外实验表明，单独的菌毛蛋白和胞外囊泡均能提高肠道通透性。在小鼠实验中，灭活的嗜黏蛋白阿克曼氏菌细胞和菌毛蛋白具有抗炎及抑癌作用，具体表现为肿瘤形成相关细胞因子（如IL-6）的产生减少，淋巴细胞数量也有所降低。从嗜黏蛋白阿克曼氏菌中分离得到的胞外囊泡，可抑制结肠炎模型小鼠体内IL-6水平的升高。嗜黏蛋白阿克曼氏菌的代谢产物在体外实验中，能显著降低经肿瘤坏死因子刺激的人HT-29细胞所产生的IL-8水平；在体内实验中，还可帮助结肠炎模型小鼠恢复肠道菌群多样性。此外，嗜黏蛋白阿克曼氏菌还能促进辅助性T细胞分化，并推动短链脂肪酸的产生。在一项纳入溃疡性结肠炎患者的研究中发现，嗜黏蛋白阿克曼氏菌的丰度与黏蛋白硫酸化水平呈正相关，而该菌丰度较低则与炎症程度较高相关。近期研究还发现，嗜黏蛋白阿克曼氏菌的Amuc_1409蛋白可在类器官和小鼠体内促进肠道干细胞分化，其机制推测与激活Wnt/β-连环蛋白信号通路有关。该菌维持肠道屏障完整性的其他潜在机制，还可能包括通过激活TLR2促进黏膜修复。对TLR2基因敲除小鼠开展的体外及体内实验显示，TLR2可直接上调黏膜修复关键因子——三叶因子3（TFF3）的表达，但对黏蛋白2、Kruppel样因子4（KLF4）及Math1的表达无影响。此外，针对TLR2基因敲除小鼠的离体实验及体外实验表明，TLR2激活是Akt蛋白MyD88依赖性磷酸化的关键决定因素，而这种磷酸化可进一步维持与紧密连接相关的肠道屏障完整性。未来研究可通过嗜黏蛋白阿克曼氏菌相关实验，探究该菌本身、其菌毛或胞外囊泡是否能产生与上述一致的TFF3调控效应。 相反，部分研究发现嗜黏蛋白阿克曼氏菌与黏膜损伤及过敏发生存在关联。在定植了极简微生物组且喂食无纤维饮食的小鼠中，该菌的相对丰度显著升高，推测原因是其他复杂聚糖的缺乏导致黏蛋白被降解，进而为其生长提供了条件。其中一项研究表明，嗜黏蛋白阿克曼氏菌对啮齿类柠檬酸杆菌感染的影响具有饮食依赖性：在无纤维饮食条件下，该菌会加重感染；而在有纤维饮食条件下，反而能起到抗感染保护作用。另有实验在卵清蛋白和霍乱毒素致敏的小鼠中发现，当饮食中不含纤维时，包含嗜黏蛋白阿克曼氏菌的人工合成微生物群落虽会导致小鼠出现更严重的过敏反应，但卵清蛋白特异性抗体的水平却有所降低。研究还指出，黏液层的侵蚀可能会调控接受亚胺培南-西司他丁治疗的小鼠的移植物抗宿主病。在这些小鼠中，嗜黏蛋白阿克曼氏菌的相对丰度显著增加，同时与黏液降解相关的基因测序读数也相应升高。未来通过微生物群落研究，将能更清晰地阐明包括嗜黏蛋白阿克曼氏菌在内的肠道微生物组、饮食和药物等外部因素，以及免疫系统三者之间的相互作用机制。但需注意的是，解读这类研究结果时，应结合细菌的绝对丰度进行严谨分析——因为肠道微生物总生物量的改变可能会导致某些细菌的相对丰度出现偏差。目前尚无研究证实嗜黏蛋白阿克曼氏菌与人类上述疾病存在关联，因此，要明确该菌与人类健康的相关性，仍需在后续研究中进一步深入探索。 4.4 嗜黏蛋白阿克曼氏菌与肠-脑轴 嗜黏蛋白阿克曼氏菌可能在肠-脑轴中发挥关键作用。在黏蛋白存在且酸性环境（pH<5.5）下，该菌可产生γ-氨基丁酸（GABA）。阿克曼氏菌属可通过谷氨酸脱羧酶合成GABA。嗜黏蛋白阿克曼氏菌产生的GABA可直接作为神经递质发挥作用，但目前GABA如何从肠道转运至血液的机制尚不明确。在小鼠模型中，嗜黏蛋白阿克曼氏菌相对丰度升高会导致肠道腔和血清中γ-谷氨酰化氨基酸水平下降。这一变化会使肠道内GABA和谷氨酸水平升高，同时提高大脑中GABA与谷氨酸的比值，而该比值升高对预防癫痫发作具有保护作用。一项观察性研究显示，与双相情感障碍患者相比，健康对照人群肠道内嗜黏蛋白阿克曼氏菌的丰度更高，且该菌丰度与血清GABA水平呈正相关。此外，在抽动障碍患儿中，嗜黏蛋白阿克曼氏菌丰度与抽动症状严重程度呈负相关。帕金森病患者肠道内阿克曼氏菌属的丰度同样会升高。研究推测，这可能与帕金森病患者体内硫化作用改变有关——因为嗜黏蛋白阿克曼氏菌在肠道硫代谢过程中发挥着重要作用。另外，多发性硬化症患者肠道内阿克曼氏菌属的丰度也会增加。但同一研究指出，阿克曼氏菌属丰度与患者的残疾程度、病灶大小呈负相关，与脑容量呈正相关，这表明多发性硬化症患者体内阿克曼氏菌属丰度升高可能是一种有益的代偿性反应。在肌萎缩侧索硬化症小鼠模型中，随着疾病进展，嗜黏蛋白阿克曼氏菌丰度会逐渐降低；而给这些小鼠补充嗜黏蛋白阿克曼氏菌后，其症状得到了缓解。总体而言，这些研究表明嗜黏蛋白阿克曼氏菌可能在肠-脑轴中发挥作用，但要进一步阐明其作用机制并确立因果关系，仍需开展更多研究。 图3.嗜黏蛋白阿克曼氏菌及其与宿主的相互作用 嗜黏蛋白阿克曼氏菌可通过细胞结构及分泌产物与免疫系统产生直接相互作用。这种识别过程主要由TLR2和TLR4介导，但可能还涉及更多受体。嗜黏蛋白阿克曼氏菌通过菌毛、脂多糖、胞外囊泡，以及p9肽、RKH肽、鸟氨酸脂质、氨酰-tRNA合成酶等其他产物与宿主发生相互作用。该识别过程会触发由细胞因子介导的免疫应答，并改善多种代谢健康指标。已有多项研究探讨了给高脂饮食小鼠补充活的嗜黏蛋白阿克曼氏菌所产生的有益作用。研究已明确发现，嗜黏蛋白阿克曼氏菌与宿主血糖水平之间存在直接因果关系：γ-干扰素（IFNγ）可调控IL-6的表达，且能通过与Irgm1基因结合调节嗜黏蛋白阿克曼氏菌的丰度，最终实现血糖调控。此外，阿克曼氏菌属的丰度与磷脂酰胆碱磷脂酶PLD1基因的单核苷酸多态性相关——PLD1基因对食欲、体重、血糖及脂肪酸调控具有重要作用，这一发现进一步为该菌可调节宿主代谢提供了证据。嗜黏蛋白阿克曼氏菌还可诱导清道夫受体Marco（可结合低密度脂蛋白胆固醇）的表达上调，这一极具研究潜力的机制目前仍需体内实验进一步验证。研究提示，该菌对IL-6、IL-10等抗炎细胞因子产生的调控作用，可能是其抑制肠道慢性炎症的关键。不仅如此，嗜黏蛋白阿克曼氏菌还能通过增加杯状细胞的黏蛋白合成量及紧密连接蛋白表达，改善肠道屏障功能。同时，该菌也参与肠-脑轴通讯：在低pH环境下，它可利用谷氨酸合成神经递质γ-氨基丁酸，进而介导肠-脑间的信号传递。 5 作为肠道微生物组成员的嗜黏蛋白阿克曼氏菌 嗜黏蛋白阿克曼氏菌在人体肠道及黏膜层的复杂微生物网络中发挥着重要作用。该菌种可通过交叉摄食与其他人体肠道共生菌建立相互作用（图4）。具体而言，在体外以黏蛋白聚糖和人乳低聚糖为底物的培养体系中，嗜黏蛋白阿克曼氏菌能通过交叉摄食为其他微生物的生长提供支持。在共培养体系中，嗜黏蛋白阿克曼氏菌降解产生的聚糖及代谢产物，可为产丁酸菌（如卡氏厌氧棒状菌、霍氏厌氧丁酸菌、邓肯粪杆菌、菊糖分解罗斯氏菌、人罗斯氏菌）提供营养，从而促进这些菌产生丁酸。嗜黏蛋白阿克曼氏菌与霍氏厌氧丁酸菌之间存在双向交叉摄食关系：前者提供黏蛋白来源的糖类和1,2-丙二醇，后者则提供维生素B₁₂类似物作为交换。卡氏厌氧棒状菌可刺激嗜黏蛋白阿克曼氏菌中黏蛋白降解相关基因的表达。此外，菊糖分解罗斯氏菌和人罗斯氏菌均能利用嗜黏蛋白阿克曼氏菌从黏蛋白中释放的糖类进行交叉摄食。已有研究在人工合成微生物群落中探究了嗜黏蛋白阿克曼氏菌更复杂的生态相互作用——该群落持续供给黏蛋白，并定期补充膳食纤维。结果显示，嗜黏蛋白阿克曼氏菌是群落中丰度最高的微生物之一，且参与两个营养功能群：复杂底物的降解以及简单碳水化合物的降解。 在成年人体内，阿克曼氏菌属在以瘤胃球菌属（Ruminococcus）命名的肠型中丰度较高。在该肠型集群中，阿克曼氏菌属与瘤胃球菌属、瘤胃球菌科（Ruminococcaceae）以及戈登氏菌属（Gordonibacter spp.）呈正相关。相反，在以普雷沃氏菌属（Prevotella）命名的肠型中，研究发现阿克曼氏菌属与普雷沃氏菌属呈负相关。其他研究还发现，嗜黏蛋白阿克曼氏菌与多种微生物存在正相关关系，例如分解糖的卡氏拟杆菌、产丁酸菌霍氏厌氧丁酸菌，以及产甲烷古菌史氏甲烷短杆菌。将嗜黏蛋白阿克曼氏菌丰度>6%的小鼠粪便病毒组转移到其他小鼠体内后，受体小鼠肠道内嗜黏蛋白阿克曼氏菌的相对丰度显著升高。这一发现为研究嗜黏蛋白阿克曼氏菌的跨界相互作用开辟了新方向。 图4.嗜黏蛋白阿克曼氏菌与人体肠道微生物群其他成员的生态相互作用 嗜黏蛋白阿克曼氏菌通过降解黏蛋白聚糖，释放出糖类和代谢产物，供黏膜微生物群的其他成员通过交叉摄食利用。在以黏蛋白为底物生长的过程中，嗜黏蛋白阿克曼氏菌会释放单糖，并产生乙酸、1,2-丙二醇和丙酸。借助交叉摄食机制，嗜黏蛋白阿克曼氏菌可促进产丁酸菌的生长，这些产丁酸菌包括卡氏厌氧棒状菌（Anaerostipes caccae）、霍氏厌氧丁酸菌（Anaerobutyricum hallii）、邓肯粪杆菌（Faecalibacterium duncaniae）、菊糖分解罗斯氏菌（Roseburia inulinivorans）和人罗斯氏菌（Roseburia hominis），最终促使这些菌产生有益化合物——丁酸。嗜黏蛋白阿克曼氏菌与霍氏厌氧丁酸菌之间存在双向交叉摄食关系：嗜黏蛋白阿克曼氏菌会利用一种维生素B₁₂类似物，将琥珀酸转化为丙酸，而霍氏厌氧丁酸菌则为其提供该维生素B₁₂类似物作为交换。目前已发现嗜黏蛋白阿克曼氏菌与其他细菌、古菌及病毒之间存在更多正相关和负相关关系，但这些潜在相互作用的完整机制尚未完全阐明。其中，嗜黏蛋白阿克曼氏菌与瘤胃球菌属（Ruminococcus）、瘤胃球菌科（Ruminococcaceae）、戈登氏菌属（Gordonibacter）及史氏甲烷短杆菌（Methanobrevibacter smithii）呈正相关，而与普雷沃氏菌属（Prevotella）呈负相关。 6 嗜黏蛋白阿克曼氏菌未来的潜在应用 在前面的章节中，总结了二十年来关于嗜黏蛋白阿克曼氏菌的相关科学研究。在本节中，将对未来进行展望，具体探讨该菌的生态功能、嗜黏蛋白阿克曼氏菌基因模型如何增进我们对该菌的认知、如何将其产生的酶用于生物技术与生物制药应用，以及如何将嗜黏蛋白阿克曼氏菌作为治疗手段应用（图5）。 6.1 生态学 目前已知嗜黏蛋白阿克曼氏菌存在多个菌株定植于宿主系统，且该菌属包含不同菌种，这一认知仍需进一步深入研究——以明确这些菌株/菌种在与宿主健康的关联模式、功能多样性、菌株抑制作用及生态结构方面的差异。基因组多样性表明，阿克曼氏菌属具有丰富的系统发育多样性和功能多样性。新分离的菌株将有助于理解以下问题：亚种水平的遗传分层机制；为何某些菌种能比其他菌种更具优势（在肠道定植中占据主导）；为何部分菌株是人类特异性菌株；为何菌株分布与人类地理区域相关；以及这些菌株的健康诱导特性，或其与动物物种的关联。此类研究见解对于预测菌株在治疗应用中的有效性，以及其在（宿主肠道）生态系统中可能的定植能力，也将具有重要意义。已发现与阿克曼氏菌属相对丰度相关的阿克曼氏菌关联噬菌体，这一发现或可推动对阿克曼氏菌属的靶向抑制研究，同时也能解释不同菌株间可能存在的竞争关系。 6.2 基因模型 目前尚缺乏一套稳定可靠的嗜黏蛋白阿克曼氏菌遗传操作体系。已有一项通过随机转座子突变技术对嗜黏蛋白阿克曼氏菌进行基因工程改造的专利获批并投入应用。该研究为揭示嗜黏蛋白阿克曼氏菌的定植策略及黏蛋白利用机制提供了宝贵数据，但该技术并不太适用于靶向突变，领域内仍在期待一套更稳定高效的（遗传操作）体系。通过对嗜黏蛋白阿克曼氏菌进行遗传操作，有望明确该菌所具备的各项功能。而目前针对该菌的遗传操作工具匮乏，说明对其进行基因改造并非易事。嗜黏蛋白阿克曼氏菌作为疣微菌门细菌所具有的特征（如厌氧特性、对氧气敏感、特殊的外膜结构及限制-修饰系统），可能会对传统实验方案（如载体转化、电穿孔、λ噬菌体重组系统及CRISPR-Cas基因编辑技术的应用）造成干扰。对这些特征的深入了解，以及获取具有不同特性的菌株，将推动该领域研究取得进展。 6.3 酶的产生 嗜黏蛋白阿克曼氏菌OgpA酶的发现，推动建立了一套分析流程，该流程可用于研究蛋白质的O-糖基化修饰，在生物技术和生物制药领域具有潜在应用价值。嗜黏蛋白阿克曼氏菌的O-糖肽酶OgpA具有高度特异性，仅能切割O-糖基化丝氨酸或苏氨酸残基N端的肽键。因此，通过OgpA酶解可产生仅含O-糖链的酶解图谱，进而实现对蛋白质上O-糖基化位点的定位。截至目前，OgpA酶在糖组学中的应用已包括：解析人血浆、血小板及内皮细胞的O-糖基化模式，定位人凝血因子V的O-糖基化位点，分析癌症组织的O-糖基化特征，以及研究寨卡病毒抗原的O-糖基化情况。嗜黏蛋白阿克曼氏菌还具备多种其他酶活性，例如半乳糖苷酶、岩藻糖苷酶、N-乙酰葡糖胺苷酶、N-乙酰半乳糖胺苷酶、唾液酸苷酶、葡萄糖苷酶和甘露糖苷酶等，这些酶均可用于O-糖基化蛋白质的相关研究。 6.4 生物活性物质相关应用 欧洲食品安全局已认定，巴氏杀菌后的嗜黏蛋白阿克曼氏菌细胞是安全的食品成分。因此，该菌如今可作为副益生菌和后生元应用。未来研究应聚焦于明确副益生菌、后生元与活菌在施用效果上的差异。有研究报道，阿克曼氏菌属的胞外囊泡可增强肠道紧密连接功能、减少体重增加并改善葡萄糖耐受性。该菌的另一应用方向是将其特定蛋白质作为生物活性成分使用，例如Amuc_1100蛋白，它对宿主代谢和黏液屏障具有调控作用。此外，菊粉、多酚、亚油酸、燕麦麸、甜菜红素以及不可消化的阿魏酰化低聚糖和多糖等益生元，能够提高肠道内嗜黏蛋白阿克曼氏菌的丰度和活性。益生元可刺激宿主肠道内已存在的目标菌株和菌种，且在当前宿主环境中效果最佳，为昂贵的活菌益生菌制剂提供了替代方案。其中，人乳低聚糖（HMOs）是一个颇具潜力的应用方向——已有研究表明，阿克曼氏菌属对人乳低聚糖的分解代谢具有菌株特异性。目前学界提出了两种机制，用于解释嗜黏蛋白阿克曼氏菌诱导宿主代谢变化的过程：其一，该菌可增强黏液屏障功能（高脂饮食或炎症会破坏这一屏障）；其二，该菌可调控肠道内源性大麻素系统——该系统由脂质介质构成，能够调节肠道屏障功能、肠道炎症反应及葡萄糖稳态。综上，现有研究结果为将嗜黏蛋白阿克曼氏菌开发为生物活性物质或治疗剂以改善人类健康奠定了重要基础。此外，关于“嗜黏蛋白阿克曼氏菌具有健康益处”这一假说，仍需更多机制层面的研究证据来明确微生物功能成分的作用，以及宿主应答的通路机制。该领域应聚焦于以下方向：嗜黏蛋白阿克曼氏菌在肠道生态系统中的定植规律、宿主-微生物相互作用通路的解析，以及该菌在代谢健康与免疫健康中的直接作用。益生菌应用中另一个需要重点关注的问题是：阿克曼氏菌属内的抗生素耐药性，以及耐药基因的可转移性风险。正如前文所述，目前关于这一主题的研究仍存在诸多不确定性。 6.5 治疗应用相关构想 研究推测，施用嗜黏蛋白阿克曼氏菌的细胞（无论是活菌、巴氏杀菌后的细胞还是其衍生物）可改善肠道屏障功能，并对胰岛素敏感性、免疫调节及营养吸收产生直接影响。临床前研究显示，对于嗜黏蛋白阿克曼氏菌MucT株和阿克曼氏菌DSM33459株（Akkermansia sp. DSM 33459，即马赛阿克曼氏菌A. massiliensis）而言，无论是其活菌还是巴氏杀菌后的细胞，均能降低体重、减少脂肪堆积并降低血糖水平。另有研究报道，嗜黏蛋白阿克曼氏菌MucT株可减轻低度炎症反应、降低血浆胆固醇水平并改善肠道屏障功能。在免疫相关应用方面，嗜黏蛋白阿克曼氏菌分泌的AmTARS蛋白被认为可作为治疗炎症性肠病的候选药物——因其能通过TLR2通路改善免疫稳态。在免疫治疗和肿瘤治疗领域，该菌可通过免疫调节发挥作用，进而使临床疗效更稳定。另一颇具潜力的应用方向与嗜黏蛋白阿克曼氏菌的黏蛋白降解酶有关：通过改造这些酶，可获得效能更强的酶变体，用于制备通用血型以满足输血需求。例如，嗜黏蛋白阿克曼氏菌的岩藻糖苷酶可将通用的O型血转化为罕见的孟买型血。目前，嗜黏蛋白阿克曼氏菌有望用于治疗的疾病种类正不断增加。但需注意的是，这些应用构想大多基于以下证据：粪便中该菌的相对丰度数据、小鼠实验结果，以及该菌与疾病状态间或强或弱的相关性。因此，不应仅凭这类研究直接得出结论——否则可能导致干预性研究失败，给接受免疫治疗的患者，或患有癌症、精神/神经系统疾病及慢性炎症性疾病的重症患者带来负担与风险。针对每种潜在治疗疾病，都需要开展深入研究，并提供因果关系证据与作用机制证据。不过，从目前已注册的临床试验数量来看，未来在嗜黏蛋白阿克曼氏菌作为治疗剂的研究领域，我们有望获得令人振奋的成果。 图5.嗜黏蛋白阿克曼氏菌当前及未来的潜在应用 通过更多研究来识别其他阿克曼氏菌属菌种及更多嗜黏蛋白阿克曼氏菌菌株，将有助于我们深入理解它们在肠道内的生态作用。目前，一种用于随机突变的遗传模型已获得专利，同时科研人员也在努力建立靶向突变方法。这一进展将有望提高该菌多种酶的产量，这些酶包括O-糖肽酶以及其他多种以聚糖为作用靶点、可用于不同场景的酶类。嗜黏蛋白阿克曼氏菌的酶能够靶向作用于病毒、黏蛋白和人体血液成分中的O-聚糖，因此有可能为制备通用输血用血提供新途径。诱导嗜黏蛋白阿克曼氏菌发挥有益作用的方式多种多样，包括施用活菌、巴氏杀菌处理后的菌体及其组分（菌毛、细胞外囊泡、p9蛋白、氨酰-tRNA合成酶、RKH蛋白、鸟氨酸脂质），此外还可通过多酚等益生元来促进嗜黏蛋白阿克曼氏菌的生长。针对人类的临床试验以及在小鼠体内进行的补充实验表明，嗜黏蛋白阿克曼氏菌可产生多种代谢、免疫及肠道相关的积极效应，例如改善肠道屏障功能、降低血浆胆固醇水平等。尽管该菌与某些疾病的预防或治疗之间的关联仍需在人类临床试验中进一步验证，但这也凸显了其在未来治疗应用中的巨大潜力。 结论与展望 嗜黏蛋白阿克曼氏菌是一种极具特殊性的细菌，其显著特征在于对肠道黏液的亲和力，以及对人体代谢健康和黏膜健康的影响。这一细菌的发现为学界带来了新的认知：以黏蛋白为“食物来源”的细菌并非都是致病菌，相反，这类细菌可通过刺激宿主产生黏蛋白、改善肠道屏障功能，对宿主发挥有益作用。针对嗜黏蛋白阿克曼氏菌的研究还表明，微生物与健康之间的相关性如何转化为因果关系，以及基础研究如何转化为可实际应用的技术或产品。过去二十年间，嗜黏蛋白阿克曼氏菌领域的研究不断拓展，已积累了充分证据，证实该菌在维持健康方面的作用，包括维持体重稳定和正常的胰岛素敏感性。由于该菌已被证实可安全用于人体，且目前在许多国家已作为非处方药（或“非处方产品”）上市，我们有望在不久的将来获得关于食用活菌形式或巴氏杀菌形式嗜黏蛋白阿克曼氏菌的相关研究成果。此外，近期报道的新型阿克曼氏菌属菌种及菌株，也为探索该菌属对宿主健康的更多功能开辟了可能。 随之而来的另一个问题是：为何宿主会容忍嗜黏蛋白阿克曼氏菌存在于黏膜层中？这可能暗示着一种进化层面的“依赖性”——即宿主需要这种微生物共生体来执行某种关键功能。然而，要理解这种依赖关系，首先需要更深入地揭示宿主与嗜黏蛋白阿克曼氏菌相互作用的分子层面机制。因此，未来的研究应更多聚焦于以下分子机制：该菌如何促进肠道健康，以及它如何调控宿主的代谢、免疫和黏膜应答。此前发现，Amuc_1100蛋白可与宿主的TLR2及其他受体结合，进而改善肠道屏障功能——这一发现具有突破性意义，值得更多关注与深入探索。在已发现的、与疾病相关的人肠道细菌蛋白-蛋白相互作用中，这是少数能调控肠道屏障的作用机制之一。研究者们推测，Amuc_1100蛋白与宿主细胞的相互作用可能远不止于此，且嗜黏蛋白阿克曼氏菌的其他成分也可能在宿主-微生物相互作用中发挥重要作用，进而改善宿主的代谢和肠道屏障应答。从长远来看，若能开发出调控嗜黏蛋白阿克曼氏菌的先进技术，将有助于深入解析其生理特性及可能的健康效应机制。此类机制层面的认知将优化临床试验与干预研究的设计，推动该领域向更具针对性的方向发展，并为嗜黏蛋白阿克曼氏菌等肠道相关微生物开辟新的应用可能。 原文链接： https://doi.org/10.1038/s41579-024-01106-1 版权声明 文章翻译和转载为学术传播。团队水平有限，翻译和转载难免有不恰当之处，请批评指正，多多包涵！ 往期精彩回顾： #多组学研究 #感染与免疫 #生物医药与生态环境研究 #科技资讯与学术诚信 #衰老研究Aging #人工智能与大数据 点赞！分享！转发！