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過去十多年，研究發覺肝臟菌群與人體健康及癌癥有著復雜和緊密的關系[1]。
近些年來的“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，是一種橢圓形革蘭氏陽性病菌，名子就反映了它的習性，喜好黏蛋白[2,3]。
Akk菌似乎只占胃腸菌群的3%，但其產率與炎性腸病、肥胖和2型糖尿病風險呈現負相關性[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性[6]，有望成為下一代有臨床應用前景的益生菌。
但是，Akk菌與人體互作機制尚未被解析清楚。已有研究發覺，Akk菌通過調節寄主代謝起作用[7,8]，潛在的分子基礎可能是Akk菌細胞外膜的一種蛋白[9]，但是這些蛋白還可以調節寄主免疫應答[10]。大鼠研究表明細胞膜受體，Akk菌能特異性地誘導T細胞的獲得性免疫應答[11]。遺憾的是，這個研究沒有找出Akk菌與T細胞作用的分子基礎。并且，這種研究都指出了Akk菌對寄主免疫系統的調節。
日前，耶魯醫大學的Jon和博德研究所的院士領導的團隊，通過細胞實驗、基因組剖析、光譜剖析和物理合成等技術手段，發覺Akk菌通過細胞膜磷脂誘導人體免疫細胞對特定細胞因子的分泌，而且能重置樹突狀細胞的活化閥值，調控后續免疫剌激，從分子基礎、作用途徑和生物效應上闡述Akk菌的免疫調節作用。該成果發表在[12]。
文章截圖
研究中使用的細胞實驗技術是在3年前開發下來[13]。基本原理是在特定真菌提取物的剌激下，測量大鼠骨髓樹突狀細胞（mBMDC）分泌的細胞因子，以研究機體免疫細胞對不同分子物質的應答。樹突狀細胞是先天免疫系統的一部份，能辨識病支原體相關分子，并通過分泌細胞因子將訊號傳遞到獲得性免疫系統。
類似地，研究者將這套細胞檢查技術用于研究Akk菌造成免疫應答的分子機制。在測試Akk菌培養液的多種成份（包括細胞結節和上清）后，研究者發覺一種有效成份能引起細胞形成促炎細胞因子——腫瘤壞死因子α（TNFα）。
質譜（MS）和核磁共振（NMR）的初步剖析發覺有效成份中的主要物質是磷脂酰乙酸胺（PE）。在真菌中，PE是細胞膜磷脂的主要成份。進一步的核磁共振剖析確定了有效物質的分子結構如圖1，在標準脂類命名系統中的名稱為a15:0-i15:0PE。典型的PE具有一個甘油核心，在sn-3位置上是乙酸乙酸胺，在sn-1和sn-2上分別有一個脂肪酸脂。a15:0-i15:0PE的特殊之處在于，兩個脂肪酸側鏈上都有羥基，分別坐落第12和13位置的碳原子。
圖1：有效成份a15:0-i15:0PE的物理結構和物理名全稱
功能強悍的a15:0-i15:0PE并不是隨處可見！膜脂類能反映真菌的進化歷史以及當前生存環境。在常見的肝臟真菌中未發覺a15:0-i15:0PE，在能引發免疫反應的肝臟真菌中也未找到。Akk菌隸屬于疣微菌門（），是肝臟微生物中惟一一個來自疣微菌門的真菌[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須要多個關聯的生化反應細胞膜受體，涉及多個反應酶。在Akk菌的基因組中，都能找到編碼這種酶的基因，說明Akk菌具備合成a15:0-i15:0PE的潛能。而且，在真菌培養實驗中，研究者觀測到Akk菌能合成a15:0-i15:0PE，把“潛能”升級成了“硬實力”。
綜上，從代謝剖析、菌群系統發育位置、培養實驗等多方面都闡明Akk菌能合成奇特的生物膜磷脂。
免疫調控是個復雜而精細的過程，a15:0-i15:0PE對細胞免疫應答是怎樣進行呢？在劑量-反應研究中，a15:0-i15:0PE不僅能下調細胞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培養液中所有PE的混和物，DMSO和LPS是實驗中的對照
樹突狀細胞對真菌代謝物的應答須要病支原體相關分子模式（PAMP）受體，一般為Toll樣受體2（TLR2）和Toll樣受體4（TLR4）。通過大鼠基因敲除實驗，研究者發覺TLR2是a15:0-i15:0PE導致細胞應答的受體。在既往研究中，TLR2也參與Akk膜關聯蛋白（）對寄主細胞的免疫應答[9]。
因為Akk培養液中存在污染物質，為進一步研究物理構效關系(SAR)，研究者通過物理合成方式，人工制備a15:0-i15:0PE。經測試，人工合成的a15:0-i15:0PE具有與天然產物一致的波譜、色譜和生物特點。
既往物理構效關系研究強調，TLR2須要與TLR1或TLR6結合成異二聚體來形成免疫訊號[14]。通過-Cas介導的基因敲除技術，研究者發覺TLR2-TLR1異二聚體是a15:0-i15:0PE導致細胞免疫反應的關鍵【圖3】。
圖3：TLR2-TLR1異二聚體復合物與a15:0-i15:0PE的復合物結構
a）圖基于PDB結布光展示，b）圖中的圓圈標記出作用的脂類
以上實驗是在大鼠來源細胞進行，在人源免疫細胞是否也能引起特異性反應呢？研究者從人外周血提純的單核細胞，用天然和人工合成的a15:0-i15:0PE分別剌激，發覺了與大鼠細胞中類似的訊號：TNFa和IL-6轉錄水平被明顯下調，IL-23、IL-23A和IL-12B異二聚體的轉錄水平只有輕微變化。這表明，Akk菌也能通過a15:0-i15:0PE引起人體免疫細胞的特異性應答。
最后，研究者在人單核細胞衍生出的樹突狀細胞（MDDC）中測試a15:0-i15:0PE對兩種典型免疫原的作用：（迸發TLR2-TLR1）、LPS（迸發TLR4）。
當對實驗過程的劑量和時間進行多次嘗試和控制后，研究者發覺低劑量的a15:0-i15:0PE處理能抑制18小時后和LPS導致的免疫應答，但是這個抑制作用在高劑量a15:0-i15:0PE剌激和短間隔時間下不出現。這表明低劑量a15:0-i15:0PE能“鈍化”細胞對其他免疫原的反應，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菌對免疫調節的潛在機制[15,16]。
該研究發覺和合成Akk菌引起細胞免疫應答的分子物質基礎，并闡明免疫應答須要的TLR2-TLR1異二聚體，還描述了低劑量剌激對細胞水平免疫應答的影響。這為理解Akk菌對人體健康和癌癥的影響提供了一個全景圖：從分子物質基礎、作用途徑到生物效應。
這是一個跨領域合作的成功標桿，研究者凝聚了實驗室在物理、結構生物學和藥學的特長，以及實驗室在生物和免疫領域的專長。
這也是一個大海撈針式的研究。研究者把Akk菌的培養、分離和純化實驗重復了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%。
真菌分泌物中能導致免疫應答的物質一般是蛋白質或脂類[9]，盡管該研究只發覺a15:0-i15:0PE這一個有效分子，也不排除其他有效分子仍未被發覺[17]。
文章的發覺是在體外細胞培養中發覺，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的抗生素學研究。但是，該文章的研究框架可以應用于其他“明星菌”，促使菌與機體互作的分子機制研究。
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