腸道細菌Akkermansia muciniphila在疾病調(diào)控中的作用研究進展

鹿欣雨綜述，李正堃，李海燕審校

0 引 言

人類腸道微生物群由數(shù)萬億個微生物細胞和數(shù)千種細菌組成。大量研究顯示腸道微生物對人類健康和各種疾病的發(fā)生和發(fā)展有深遠影響。迄今為止，在腸道中已檢測到大約50種細菌門，腸道菌群的主要門類是硬壁菌和擬桿菌門，其次是放線菌和疣微菌門[1]。腸道細菌Akkermansiamuciniphila(A.muciniphila)是疣微菌門的一種黏蛋白降解細菌，是一種橢圓形細菌，不運動且為革蘭氏陰性，不形成內(nèi)生孢子，可耐受低水平的氧氣[2]。A.muciniphila在宿主腸黏液層中較豐富，被認為是黏液層的關(guān)鍵物種。對嚙齒類動物研究發(fā)現(xiàn)A.muciniphila可降解黏蛋白為微生物群落提供單糖和寡糖，產(chǎn)生短鏈脂肪酸，這些底物可用作其他細菌和宿主的能源，而其本身可能直接影響宿主代謝[3-5]。補充A.muciniphila可增加杯狀細胞的數(shù)量，并產(chǎn)生諸如Reg3g和LyZ1之類的抗菌肽[6]，A.muciniphila還可控制硫化氫濃度，限制黏蛋白層中硫酸鹽還原細菌的毒性[7]。黏液層是腸道中的一個微生態(tài)環(huán)境，黏蛋白是黏液層的主要成分，是上皮杯狀細胞分泌的糖蛋白，由裝飾有各種碳水化合物鏈的蛋白主鏈組成[8-9]，黏液層的微生物生態(tài)學(xué)對于理解微生物群在健康和疾病中的作用至關(guān)重要。見圖1。本文就A.muciniphila與各種疾病調(diào)控相關(guān)的最新認識及其可能對臨床實踐產(chǎn)生的影響作一綜述。

圖 1 健康狀態(tài)腸道菌群與腸黏液屏障

1 A.muciniphila和肥胖及其相關(guān)代謝疾病

腸道微生物群相互作用已被認為是治療肥胖癥和相關(guān)代謝疾病的研究熱點[10-11]。在腸道黏液中發(fā)現(xiàn)的A.muciniphila對肥胖相關(guān)的代謝紊亂具有良好的作用[12-13]。研究人員發(fā)現(xiàn)A.muciniphila在肥胖和2型糖尿病小鼠中豐度降低，補充益生元可恢復(fù)其水平，同時證明A.muciniphila可能通過控制炎癥和腸屏障功能，增加腸肽分泌的內(nèi)源性大麻素含量，進而逆轉(zhuǎn)高脂飲食(high-fat diet，HFD)誘導(dǎo)的代謝紊亂，包括脂肪增加，代謝內(nèi)毒素血癥，脂肪組織炎癥和胰島素抵抗[14]。A.muciniphila可改善2型糖尿病小鼠的代謝狀況，恢復(fù)黏液層厚度，并抵消肥胖小鼠中HFD引起的脂多糖(Lipopolysaccharides，LPS)內(nèi)毒素血癥[15]。二甲雙胍使用者腸道菌群中降解黏蛋白的細菌A.muciniphila和B.bifidum含量較高，二甲雙胍的健康益處可能源于腸黏膜屏障的增強[16]，增加A.muciniphila豐度可能有助于二甲雙胍的抗糖尿病作用[17]。HFD誘導(dǎo)的糖尿病小鼠中，A.muciniphila衍生的細胞外囊泡給藥可增強腸上皮緊密連接功能，減少體重增加并改善葡萄糖耐量[18]；最近在小鼠和人類中觀察到，巴氏滅活的A.muciniphila可預(yù)防飲食引起的肥胖，并能顯著降低腸道中葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白2(glucose transporter 2，GLUT2)，葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白5(glucose transporter 5，GLUT5)和鈉葡萄糖共轉(zhuǎn)運載體(sodium-glucose transporter 1，SGLT1)mRNA的轉(zhuǎn)錄水平[19]。巴氏滅活的A.muciniphila還可顯著降低HFD小鼠的體重，脂肪量和葡萄糖耐量；此外，外膜蛋白Amuc_1100*通過TLR2信號參與A.muciniphila和宿主相互作用，進而改善腸屏障[20]。從人類腸道中新分離出的三種A.muciniphila菌株(EB-AMDK 10、EB-AMDK 19 和 EB-AMDK 27)可抑制體重增加、卡路里攝入量、脂肪量、脂肪生成、血清總膽固醇水平和炎癥損傷，有效預(yù)防HFD誘導(dǎo)的肥胖和相關(guān)代謝紊亂[21]。一項在超重和肥胖人群中進行的臨床研究表明每日口服補充1010活的或經(jīng)過巴氏滅活的A.muciniphila3個月都是安全的，并且具有良好的耐受性[22]?；谶@些干預(yù)研究顯示，A.muciniphila可能是治療肥胖相關(guān)代謝異常中非常有前途的有益微生物，有望成為治療肥胖及其相關(guān)代謝疾病的潛在靶標(biāo)。

2 A. muciniphila和肝病

肝通過門靜脈從腸道獲得大部分血液供應(yīng)，是最易暴露于腸道潛在毒性因子及食物中生物活性成分的器官之一，腸道菌群的數(shù)量和質(zhì)量變化可能影響肝病的發(fā)病機理。最近的研究表明，腸道菌群中A.muciniphila的相對豐度與各種肝病呈負相關(guān)，如非酒精性脂肪性肝病、非酒精性脂肪性肝炎和酒精性肝病[23-25]。對HFD小鼠施用A.muciniphila可降低肥胖小鼠中血清甘油三酸酯(Triglyceride，TG)和丙氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶水平，并降低肝組織中TG合成的調(diào)節(jié)劑SREBP的表達，抑制脂肪合成和炎癥，從而預(yù)防肥胖小鼠脂肪肝的形成[26]。免疫介導(dǎo)的肝損傷模型中，A.muciniphila處理可改善Con A誘發(fā)的肝損傷，通過抑制IFN-γ，IL-1β，IL-2和IL-12p40等細胞因子表達來改變轉(zhuǎn)氨酶活性和組織學(xué)損傷，起到減輕肝損害的作用[27]。大黃提取物對酒精性肝病有潛在保護作用，補充大黃能增加A.muciniphila的相對豐度，上調(diào)抗菌肽Pla2g2和RegIIIγ進一步改善腸道穩(wěn)態(tài)[28]。補充二甲雙胍或果寡糖可恢復(fù)A.muciniphila豐度，并增加三氯蔗糖處理的小鼠杯狀細胞數(shù)量，改善非酒精性脂肪肝病的發(fā)生和發(fā)展[29]。熱滅活的A.muciniphila可顯著調(diào)節(jié)纖維化標(biāo)志物的表達，并逆轉(zhuǎn)LPS誘導(dǎo)的LX-2細胞中的肝星狀細胞激活[30]。這些數(shù)據(jù)表明A.muciniphila在肝損傷中具有保護作用，補充A.muciniphila或許能為預(yù)防和治療肝病提供新方向。

3 A. muciniphila和炎癥性腸病

炎癥性腸病(inflammatory bowel disease，IBD)受基因、先天免疫力和環(huán)境因素之間復(fù)雜的相互作用影響，腸道菌群在IBD的發(fā)展中發(fā)揮重要作用。研究表明，在葡聚糖硫酸鈉(dextran sulfate sodium Salt，DSS)誘導(dǎo)的結(jié)腸炎小鼠中A.muciniphila的豐度顯著降低，巴氏殺菌的A.muciniphila可通過減少結(jié)腸浸潤型巨噬細胞和細胞毒性T淋巴細胞來減輕DSS誘導(dǎo)的結(jié)腸炎[31]?？诜嗀.muciniphila可逆轉(zhuǎn)低纖維飲食(low calorie diet，LCD)小鼠中由DSS誘導(dǎo)的嚴重結(jié)腸炎[32]。Bian等[33]提出A.muciniphila減輕結(jié)腸炎的一些潛在的機制：①改善結(jié)腸黏膜屏障損傷；②調(diào)節(jié)代謝功能；③重塑腸道菌群；④調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)(如抑制促炎細胞因子TNF-α、IL6、IL12A、INF-γ和IL1α表達，促進抗炎細胞因子IL-10產(chǎn)生)。然而，目前關(guān)于A.muciniphila對IBD的影響仍存在爭議，一項研究發(fā)現(xiàn)A.muciniphila可充當(dāng)病原體在L10-/-小鼠中促進結(jié)腸炎，研究人員推測可能由于A.muciniphila降解黏液層使得更多微生物進入腸道黏膜后增加了結(jié)腸炎的嚴重程度[34]。然而另一項研究表明從人類糞便中分離出的A.muciniphilaATCC BAA-835株在兩到三周內(nèi)不會引起L10-/-小鼠腸道炎癥的發(fā)生，同時實驗也發(fā)現(xiàn)A.muciniphila不會影響IL10-/-小鼠的黏液產(chǎn)生和黏液層厚度[35]。這些不一致的實驗數(shù)據(jù)表明A.muciniphila和腸黏液層的復(fù)雜關(guān)系仍不清楚，不同腸炎模型中A.muciniphila對腸道炎癥的不同作用機制仍有待闡明。因此，仍需要更廣泛的研究來闡明A.muciniphila在IBD中的臨床意義。

4 A. muciniphila和多發(fā)性硬化癥

多發(fā)性硬化癥(multiple sclerosis，MS)是一種具有炎癥和自身免疫性質(zhì)的慢性脫髓鞘疾病，實驗性自身免疫性腦脊髓炎(experimental autoimmune encephalomyelitis，EAE)是其理想的動物模型。越來越多的研究表明腸道菌群在MS/EAE的疾病進程中至關(guān)重要，菌群的紊亂會促進EAE的發(fā)生和發(fā)展。16S rRNA測序顯示MS患者(n=60)和健康對照組(n=43)腸道微生物組相比A.muciniphila增多[36]。Cekanaviciute等[37]分析71名MS患者和71名健康人的腸道菌群發(fā)現(xiàn)A.muciniphila數(shù)量在MS患者腸道中顯著增加，A.muciniphila可增加Th1淋巴細胞在體外的分化。此外，大麻素(THC+CBD)治療EAE可降低疾病嚴重程度并促進抗炎反應(yīng)，LefSE分析確定A.muciniphila是EAE疾病的潛在生物標(biāo)志物，在大麻素組合處理后會降低[38]。近期一項研究發(fā)現(xiàn)，口服MiR-30d可通過上調(diào)β-半乳糖苷酶增加黏膜A.muciniphila豐度，進而促進腸系膜淋巴結(jié)中樹突狀細胞分泌Treg細胞因子來抑制EAE[39]。Chen等[40]發(fā)現(xiàn)A.muciniphila在用諾氟沙星治療的EAE小鼠中增加，諾氟沙星可通過調(diào)節(jié)腸道菌群和EAE小鼠的免疫反應(yīng)而對宿主產(chǎn)生額外的抗感染作用。這些實驗結(jié)論差異提示我們A.muciniphila是否具有促炎或抗炎作用可能取決于宿主的免疫狀況，腸道菌群的總體變化和干預(yù)結(jié)果是復(fù)雜的，每個細菌菌株對EAE可能有好或壞或沒有影響，而所有細菌的平衡可能決定了腸道菌群的總體作用。

5 A. muciniphila和癌癥

近年來越來越多研究表明腸道菌群與癌癥密切相關(guān)，在癌癥的發(fā)生發(fā)展及治療中扮演著重要角色[41]。先前的研究發(fā)現(xiàn)，A.muciniphila水平降低與許多惡性腫瘤的發(fā)生和發(fā)展有關(guān)，A.muciniphila在腫瘤中對化療藥物和免疫檢查點抑制劑的反應(yīng)具有積極作用[42]。通過對比鼻咽癌患者和健康對照者的腸道菌群發(fā)現(xiàn)家族性鼻咽癌患者A.muciniphila明顯減少[43]。來自A.muciniphila的重組蛋白Amuc_1434 *促進LS174T大腸癌細胞的凋亡并增加LS174T細胞中的ROS含量[44]。補充維生素D可抑制大腸癌的發(fā)生和發(fā)展，并增加A.muciniphila介導(dǎo)的結(jié)腸屏障完整性[45]。A.muciniphila處理還可降低腫瘤微環(huán)境中Treg細胞的比例，降低血清中免疫抑制細胞因子TGF-β的水平，與單一療法相比，IL-2療法與A.muciniphila的結(jié)合在調(diào)節(jié)Treg或TGF-β水平方面具有更強的功效，有助于增強抗腫瘤免疫反應(yīng)[35]。A.muciniphila衍生的細胞外囊泡(Akk-EVs)可在前列腺癌小鼠模型中減輕腫瘤負擔(dān)，提高CD8+T細胞中顆粒酶B(GZMB+)陽性和干擾素γ(IFN-γ+)陽性淋巴細胞的比例，增加M1型巨噬細胞比例[46]。活血益氣配方2(HYR-2)能抑制肺癌的生長并下調(diào)PD-L1的表達，促進M2巨噬細胞向M1巨噬細胞的轉(zhuǎn)化，并顯著提高A.muciniphila的水平發(fā)揮抗肺癌作用[47]。以上研究結(jié)果提示，補充A.muciniphila可增加癌癥患者免疫療法的有效性，有望在腫瘤預(yù)防和診治中發(fā)揮重要作用。

6 結(jié)語與展望

在糖尿病和肥胖中A.muciniphila被認為是一種標(biāo)志物，可能通過增加腸屏障功能，調(diào)節(jié)內(nèi)源性大麻素水平，產(chǎn)生短鏈脂肪酸及降低炎癥等方式維持人類代謝健康。許多研究已證實，A.muciniphila能維持腸屏障完整性并表現(xiàn)出益生特性與抗炎作用，甚至促進了癌癥免疫治療佐劑的功效，但A.muciniphila在炎癥性腸病及多發(fā)性硬化中的作用機制仍有待明確。A.muciniphila對人體健康和疾病的影響需要開展更廣泛和更深入的研究，微生物成員如何響應(yīng)病原體的存在而改變其在生態(tài)系統(tǒng)中的作用，以及其如何從普通細菌轉(zhuǎn)變?yōu)橛泻毦€不清楚。在任何條件下，“好細菌”并不總是有益的，“壞細菌”并不總是對宿主有害的，不同情況下，腸道菌群的群落平衡可能更為關(guān)鍵，“好”或“壞”細菌可能是在不同條件下的轉(zhuǎn)移狀態(tài)。目前A.muciniphila的臨床實踐數(shù)據(jù)有限，尚未確定不會引起嚴重副作用的最小和最大有效劑量，將來需要進行更大規(guī)模的臨床研究，以保證A.muciniphila應(yīng)用的安全性。未來的研究工作應(yīng)更加關(guān)注A.muciniphila對宿主的作用機制，在整個微生態(tài)中的角色以及如何與其他物種協(xié)同互作，挖掘A.muciniphila的臨床應(yīng)用價值。