*僅供醫(yī)學(xué)專業(yè)人士閱讀參考
過(guò)去十多年，研究發(fā)覺(jué)肝臟菌群與人體健康及癌癥有著復(fù)雜和緊密的關(guān)系[1]。
近些年來(lái)的“明星肝臟菌”——Akk菌，全稱為嗜黏蛋白阿克曼氏菌（），于2004年從人牛糞中分離下來(lái)，是一種橢圓形革蘭氏陽(yáng)性病菌，名子就反映了它的習(xí)性，喜好黏蛋白[2,3]。
Akk菌似乎只占胃腸菌群的3%，但其產(chǎn)率與炎性腸病、肥胖和2型糖尿病風(fēng)險(xiǎn)呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)性[4,5]，還與疾病免疫診治中PD-1/PD-L1抑制劑的效果有正相關(guān)性[6]，有望成為下一代有臨床應(yīng)用前景的益生菌。
但是，Akk菌與人體互作機(jī)制尚未被解析清楚。已有研究發(fā)覺(jué)，Akk菌通過(guò)調(diào)節(jié)寄主代謝起作用[7,8]，潛在的分子基礎(chǔ)可能是Akk菌細(xì)胞外膜的一種蛋白[9]，但是這些蛋白還可以調(diào)節(jié)寄主免疫應(yīng)答[10]。大鼠研究表明細(xì)胞膜受體，Akk菌能特異性地誘導(dǎo)T細(xì)胞的獲得性免疫應(yīng)答[11]。遺憾的是，這個(gè)研究沒(méi)有找出Akk菌與T細(xì)胞作用的分子基礎(chǔ)。并且，這種研究都指出了Akk菌對(duì)寄主免疫系統(tǒng)的調(diào)節(jié)。
日前，耶魯醫(yī)大學(xué)的Jon和博德研究所的院士領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)，通過(guò)細(xì)胞實(shí)驗(yàn)、基因組剖析、光譜剖析和物理合成等技術(shù)手段，發(fā)覺(jué)Akk菌通過(guò)細(xì)胞膜磷脂誘導(dǎo)人體免疫細(xì)胞對(duì)特定細(xì)胞因子的分泌，而且能重置樹(shù)突狀細(xì)胞的活化閥值，調(diào)控后續(xù)免疫剌激，從分子基礎(chǔ)、作用途徑和生物效應(yīng)上闡述Akk菌的免疫調(diào)節(jié)作用。該成果發(fā)表在[12]。
文章截圖
研究中使用的細(xì)胞實(shí)驗(yàn)技術(shù)是在3年前開(kāi)發(fā)下來(lái)[13]。基本原理是在特定真菌提取物的剌激下，測(cè)量大鼠骨髓樹(shù)突狀細(xì)胞（mBMDC）分泌的細(xì)胞因子，以研究機(jī)體免疫細(xì)胞對(duì)不同分子物質(zhì)的應(yīng)答。樹(shù)突狀細(xì)胞是先天免疫系統(tǒng)的一部份，能辨識(shí)病支原體相關(guān)分子，并通過(guò)分泌細(xì)胞因子將訊號(hào)傳遞到獲得性免疫系統(tǒng)。
類似地，研究者將這套細(xì)胞檢查技術(shù)用于研究Akk菌造成免疫應(yīng)答的分子機(jī)制。在測(cè)試Akk菌培養(yǎng)液的多種成份（包括細(xì)胞結(jié)節(jié)和上清）后，研究者發(fā)覺(jué)一種有效成份能引起細(xì)胞形成促炎細(xì)胞因子——腫瘤壞死因子α（TNFα）。
質(zhì)譜（MS）和核磁共振（NMR）的初步剖析發(fā)覺(jué)有效成份中的主要物質(zhì)是磷脂酰乙酸胺（PE）。在真菌中，PE是細(xì)胞膜磷脂的主要成份。進(jìn)一步的核磁共振剖析確定了有效物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)如圖1，在標(biāo)準(zhǔn)脂類命名系統(tǒng)中的名稱為a15:0-i15:0PE。典型的PE具有一個(gè)甘油核心，在sn-3位置上是乙酸乙酸胺，在sn-1和sn-2上分別有一個(gè)脂肪酸脂。a15:0-i15:0PE的特殊之處在于，兩個(gè)脂肪酸側(cè)鏈上都有羥基，分別坐落第12和13位置的碳原子。
圖1：有效成份a15:0-i15:0PE的物理結(jié)構(gòu)和物理名全稱
功能強(qiáng)悍的a15:0-i15:0PE并不是隨處可見(jiàn)！膜脂類能反映真菌的進(jìn)化歷史以及當(dāng)前生存環(huán)境。在常見(jiàn)的肝臟真菌中未發(fā)覺(jué)a15:0-i15:0PE，在能引發(fā)免疫反應(yīng)的肝臟真菌中也未找到。Akk菌隸屬于疣微菌門(mén)（），是肝臟微生物中惟一一個(gè)來(lái)自疣微菌門(mén)的真菌[12]。在Akk菌中，a15:0-i15:0PE是膜脂類的主要成份，占比約為50%。
那么有用的a15:0-i15:0PE是否能被Akk菌合成呢？生物合成a15:0-i15:0PE須要多個(gè)關(guān)聯(lián)的生化反應(yīng)細(xì)胞膜受體，涉及多個(gè)反應(yīng)酶。在Akk菌的基因組中，都能找到編碼這種酶的基因，說(shuō)明Akk菌具備合成a15:0-i15:0PE的潛能。而且，在真菌培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)中，研究者觀測(cè)到Akk菌能合成a15:0-i15:0PE，把“潛能”升級(jí)成了“硬實(shí)力”。
綜上，從代謝剖析、菌群系統(tǒng)發(fā)育位置、培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)等多方面都闡明Akk菌能合成奇特的生物膜磷脂。
免疫調(diào)控是個(gè)復(fù)雜而精細(xì)的過(guò)程，a15:0-i15:0PE對(duì)細(xì)胞免疫應(yīng)答是怎樣進(jìn)行呢？在劑量-反應(yīng)研究中，a15:0-i15:0PE不僅能下調(diào)細(xì)胞TNFα的分泌水平，也能提高IL-6（白介素-6）的分泌水平，但不影響IL-10和IL-12p70的分泌水平【圖2】。
圖2：a15:0-i15:0PE能促使TNFa和IL-6的分泌，但不能促使IL-10和IL-12p70的分泌。AmPE表示Akk培養(yǎng)液中所有PE的混和物，DMSO和LPS是實(shí)驗(yàn)中的對(duì)照
樹(shù)突狀細(xì)胞對(duì)真菌代謝物的應(yīng)答須要病支原體相關(guān)分子模式（PAMP）受體，一般為T(mén)oll樣受體2（TLR2）和Toll樣受體4（TLR4）。通過(guò)大鼠基因敲除實(shí)驗(yàn)，研究者發(fā)覺(jué)TLR2是a15:0-i15:0PE導(dǎo)致細(xì)胞應(yīng)答的受體。在既往研究中，TLR2也參與Akk膜關(guān)聯(lián)蛋白（）對(duì)寄主細(xì)胞的免疫應(yīng)答[9]。
因?yàn)锳kk培養(yǎng)液中存在污染物質(zhì)，為進(jìn)一步研究物理構(gòu)效關(guān)系(SAR)，研究者通過(guò)物理合成方式，人工制備a15:0-i15:0PE。經(jīng)測(cè)試，人工合成的a15:0-i15:0PE具有與天然產(chǎn)物一致的波譜、色譜和生物特點(diǎn)。
既往物理構(gòu)效關(guān)系研究強(qiáng)調(diào)，TLR2須要與TLR1或TLR6結(jié)合成異二聚體來(lái)形成免疫訊號(hào)[14]。通過(guò)-Cas介導(dǎo)的基因敲除技術(shù)，研究者發(fā)覺(jué)TLR2-TLR1異二聚體是a15:0-i15:0PE導(dǎo)致細(xì)胞免疫反應(yīng)的關(guān)鍵【圖3】。
圖3：TLR2-TLR1異二聚體復(fù)合物與a15:0-i15:0PE的復(fù)合物結(jié)構(gòu)
a）圖基于PDB結(jié)布光展示，b）圖中的圓圈標(biāo)記出作用的脂類
以上實(shí)驗(yàn)是在大鼠來(lái)源細(xì)胞進(jìn)行，在人源免疫細(xì)胞是否也能引起特異性反應(yīng)呢？研究者從人外周血提純的單核細(xì)胞，用天然和人工合成的a15:0-i15:0PE分別剌激，發(fā)覺(jué)了與大鼠細(xì)胞中類似的訊號(hào)：TNFa和IL-6轉(zhuǎn)錄水平被明顯下調(diào)，IL-23、IL-23A和IL-12B異二聚體的轉(zhuǎn)錄水平只有輕微變化。這表明，Akk菌也能通過(guò)a15:0-i15:0PE引起人體免疫細(xì)胞的特異性應(yīng)答。
最后，研究者在人單核細(xì)胞衍生出的樹(shù)突狀細(xì)胞（MDDC）中測(cè)試a15:0-i15:0PE對(duì)兩種典型免疫原的作用：（迸發(fā)TLR2-TLR1）、LPS（迸發(fā)TLR4）。
當(dāng)對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的劑量和時(shí)間進(jìn)行多次嘗試和控制后，研究者發(fā)覺(jué)低劑量的a15:0-i15:0PE處理能抑制18小時(shí)后和LPS導(dǎo)致的免疫應(yīng)答，但是這個(gè)抑制作用在高劑量a15:0-i15:0PE剌激和短間隔時(shí)間下不出現(xiàn)。這表明低劑量a15:0-i15:0PE能“鈍化”細(xì)胞對(duì)其他免疫原的反應(yīng)，一方面能忽視低劑量剌激，另一方面能緩和高劑量剌激，這可能是Akk菌對(duì)免疫調(diào)節(jié)的潛在機(jī)制[15,16]。
該研究發(fā)覺(jué)和合成Akk菌引起細(xì)胞免疫應(yīng)答的分子物質(zhì)基礎(chǔ)，并闡明免疫應(yīng)答須要的TLR2-TLR1異二聚體，還描述了低劑量剌激對(duì)細(xì)胞水平免疫應(yīng)答的影響。這為理解Akk菌對(duì)人體健康和癌癥的影響提供了一個(gè)全景圖：從分子物質(zhì)基礎(chǔ)、作用途徑到生物效應(yīng)。
這是一個(gè)跨領(lǐng)域合作的成功標(biāo)桿，研究者凝聚了實(shí)驗(yàn)室在物理、結(jié)構(gòu)生物學(xué)和藥學(xué)的特長(zhǎng)，以及實(shí)驗(yàn)室在生物和免疫領(lǐng)域的專長(zhǎng)。
這也是一個(gè)大海撈針式的研究。研究者把Akk菌的培養(yǎng)、分離和純化實(shí)驗(yàn)重復(fù)了8次，最終在19g的提取物中獲得15mg的a15:0-i15:0PE，獲得率為0.08%。
真菌分泌物中能導(dǎo)致免疫應(yīng)答的物質(zhì)一般是蛋白質(zhì)或脂類[9]，盡管該研究只發(fā)覺(jué)a15:0-i15:0PE這一個(gè)有效分子，也不排除其他有效分子仍未被發(fā)覺(jué)[17]。
文章的發(fā)覺(jué)是在體外細(xì)胞培養(yǎng)中發(fā)覺(jué)，Akk菌以及其形成的磷脂在活體中的作用仍有待研究，非常是a15:0-i15:0PE的抗生素學(xué)研究。但是，該文章的研究框架可以應(yīng)用于其他“明星菌”，促使菌與機(jī)體互作的分子機(jī)制研究。
已訂購(gòu)課程的同學(xué)，
直接步入小程序收聽(tīng)加餐哦~
參考文獻(xiàn)：
1.Fan,Y.andO.,Gutinhumanand.,2021.19(1):p.55-71.
2.,S.Y.,etal.,intheHumanTract:When,Where,andHow?,2018.6(3).
3.,M.,etal.,gen.nov.,sp.nov.,ahumanmucin-.IntJSystEvol,2004.54(Pt5):p.1469-1476.
4.,C.,etal.,withinandobesehuman:aproof-of-study.NatMed,2019.25(7):p.1096-1103.
5.Cani,P.D.andW.M.deVos,Next-:TheCaseof.Front,2017.8:p.1765.
6.,L.,etal.,toPD-1inwithnon-small-celllung.NatMed,2022.
7.,A.,etal.,Cross-talkanddiet-.ProcNatlAcadSciUSA,2013.110(22):p.9066-71.
8.Greer,R.L.,etal.,ofIFNγon.Nat,2016.7:p.13329.
9.,H.,etal.,Afromortheinobeseandmice.NatMed,2017.23(1):p.107-113.
10.,N.,etal.,Pili-likeofhostandgut.PLoSOne,2017.12(3):p..
11.,E.,etal.,.,2019.364(6446):p.1179-1184.
12.Bae,M.,etal.,.,2022.608(7921):p.168-173.
13.Henke,M.T.,etal.,,aofthehumangutwithCrohn's,an.ProcNatlAcadSciUSA,2019.116(26):p.12672-12677.
14.Akira,S.andK.,Toll-like.NatRev,2004.4(7):p.499-511.
15.,Y.andO.J.,andthe.,2017.46(4):p.562-576.
16.,E.andY.,How.,2021.373(6558):p.966-967.
17.Oh,S.F.,etal.,Hostbyfromaminoacids.,2021.600(7888):p.302-307.