Science：有益的肠道微生物具有惊人的代谢能力！

儿童营养不良影响着全球2亿儿童，为了解决这一问题，圣路易斯华盛顿大学医学院的研究人员开发了一种治疗性食物，可以滋养肠道内的有益微生物，改善儿童的生长和其他健康指标。但为了了解这种食物疗法是如何起作用的，由医学博士Jeffrey I. Gordon领导的研究小组将注意力集中在儿童肠道微生物群对这种疗法的反应上。

在他们最新的研究中，研究人员发现了一种特定肠道细菌的潜在深远影响，这种细菌与孟加拉国儿童接受旨在培养健康肠道微生物的治疗性食物的更好生长有关。这种以微生物群为导向的治疗食品被称为MDCF-2。儿童肠道微生物群落中的一株细菌拥有一种以前未知的基因，该基因能够产生和代谢涉及调节许多重要功能的关键分子，包括食欲、免疫反应、神经元功能和致病菌产生疾病的能力。

研究结果发表在10月25日的《科学》杂志上。

“当我们通过修复肠道微生物群来应用新疗法来治疗儿童营养不良时，我们有机会研究我们的微生物伙伴的内部运作，”Gordon说，“我们正在发现肠道微生物如何影响我们生理的不同方面。这项研究表明，肠道微生物是主要的生物化学家，它们拥有我们尚未意识到的代谢能力。”

研究人员表示，更好地了解肠道微生物对我们身体的影响，可能会带来维护人类健康的新策略，并有助于指导除营养不良以外的各种疾病的治疗方法的开发。

在对营养不良的孟加拉国儿童进行的两项治疗性食品的随机对照临床试验中，研究人员发现了一组微生物，它们的丰度和表达功能与研究参与者的生长改善有关。其中一种有益的生物是一种叫做prausnitzii粪杆菌的细菌。

该论文的共同第一作者——病理学和免疫学助理教授程吉晔博士和戈登实验室前博士后研究员、现就职于华盛顿大学的Sid Venkatesh博士——研究了在无菌条件下出生的小鼠，然后用从孟加拉国儿童微生物组培养的特定微生物群落定植。他们发现，与缺乏这种菌株的动物相比，被含有特定菌株的F. prausnitzii微生物群落定植的动物肠道中称为油基乙醇酰胺（OEA）和棕榈基乙醇酰胺（PEA）的两种分子的水平要低得多。这是值得注意的，因为OEA和PEA是天然存在的脂质信号分子，已知在调节炎症、代谢和食欲方面发挥重要作用。

戈登的研究小组采用了一系列生物信息学和生化工具来鉴定这种酶——脂肪酸酰胺水解酶（FAAH）——这种酶是由细菌菌株产生的，负责降解OEA和PEA。人类版本的FAAH因其分解特定类型的神经递质内源性大麻素的能力而广为人知，并在此过程中调节人体生理的各个方面。事实上，这种酶的人类版本是许多研究药物的目标，因为它在慢性疼痛、焦虑和情绪以及其他神经系统状态中发挥作用。

Cheng和Venkatesh指出，F. prausnitzii FAAH酶的发现代表了这种类型的微生物酶的第一个例子，并揭示了微生物在调节肠道中n -酰基乙醇酰胺（包括OEA和PEA）重要分子水平方面的作用。

对治疗性食品临床试验中收集的营养不良儿童粪便样本的分析表明，食物处理导致OEA水平下降，同时增加F. prausnitzii的丰度及其酶的表达。这些结果表明，这种肠道细菌酶可以减少肠道OEA——一种抑制食欲的化合物——这对营养不良的儿童来说是可取的。

除了对治疗性食品的有益作用提供新的见解外，该论文还描述了细菌酶如何比人类FAAH具有更广泛的能力。其中包括合成脂质修饰氨基酸的独特能力，包括该团队展示的一些新分子，这些分子可以作为人类受体的调节剂，参与感知细胞的外部环境，以及作为肠道免疫反应的调节剂。

除了合成重要的细胞功能调节剂外，细菌酶还可以控制其他含脂信号分子的水平，包括参与神经元之间通信的神经递质，以及致病菌用来协调感染和破坏宿主免疫反应的所谓群体感应分子。

“人类和细菌FAAH酶的结构非常不同；抑制人类酶的研究药物被发现对细菌酶没有影响，”戈登说。“这为开发有选择地操纵细菌酶的活性和产物的新疗法打开了大门。这是一个例子，说明微生物是如何进化出一些功能的，这些功能没有在我们自己的人类基因组中编码，但对我们人体的正常功能仍然很重要。我们现在知道，这种酶在两个不同的位置——我们的人体细胞和肠道微生物群中有两种不同的版本。”

Gordon和他的同事Michael Barratt博士，也是该论文的合著者，强调这种肠道细菌酶的鉴定为研究治疗性食物治疗的有益效果提供了新的机会。Barratt还指出，除了处理正常饮食的成分外，肠道中的这种酶还可以帮助解释个体对某些口服药物的反应差异。

Gordon说：“这种酶的微生物版本的作用之大令人惊讶。”“在我们未来的研究中，我们有兴趣调查这种酶的表亲是否可以在其他细菌的基因组中编码，以补充FAAH或执行完全不同的活动。这些生物都是化学大师，我们才刚刚开始探索它们的能力。”