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AKK菌如何延緩衰老、抗癌？
2021-12-07
關(guān)鍵詞：AKK菌、AKK菌格林汁
近年來，Akkermansia muciniphila（本文簡(jiǎn)稱AKK菌）熱度只增不減，2018年三篇同期發(fā)表于《Science》的重磅研究，指出了腸道微生物在 PD-1抗癌免疫療效中發(fā)揮的關(guān)鍵作用。來自西班牙奧維耶多大學(xué)的 Carlos López-Otín 團(tuán)隊(duì)在《nature medicine》發(fā)表過AKK菌具有延緩衰老的作用。
近期，有研究團(tuán)隊(duì)表明，將AKK菌移植到短壽命小鼠品種腸道中可延長壽命，并增加全身抗炎因子（如α-生育酚和β-谷甾醇）的濃度。
Akk菌具有多效代謝作用，通過間接作用方式影響腸道微生物群，為產(chǎn)生“有益代謝物”和“有益細(xì)菌”創(chuàng)造條件，支持腸道穩(wěn)態(tài)和機(jī)體健康。具有已知抗衰老和抗癌作用的多種代謝物同時(shí)升高似乎是Akk菌全身作用的原因。
該研究運(yùn)用“質(zhì)譜代謝組學(xué)”分析不同的細(xì)菌以及人類糞便單獨(dú)或與活性Akk菌或巴氏殺菌的Akk （Akk-past）一起轉(zhuǎn)移至小鼠體內(nèi)，對(duì)小鼠回腸、結(jié)腸、肝臟和血漿代謝組的影響。
分為兩組實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)一：含有氨芐青霉素（1 mg/mL）、鏈霉素（5 mg/mL）和粘菌素（1 mg/mL）的抗生素溶液（ATB）添加到小鼠的無菌飲用水中，對(duì)雌性C57BL/6小鼠（7周齡）進(jìn)行腸道凈化，持續(xù)3天。停止ATB給藥后的第一個(gè)24小時(shí)，對(duì)每只小鼠進(jìn)行五次灌胃，最后通過動(dòng)力學(xué)方式（第3天、第7天、第14天）監(jiān)測(cè)口服灌胃多種共生菌對(duì)局部（回腸、結(jié)腸）和遠(yuǎn)端（肝臟、血漿）各種代謝物濃度的影響，提取樣品代謝物進(jìn)行氣相和液相色譜與質(zhì)譜聯(lián)用分析。
實(shí)驗(yàn)二：分為對(duì)照小鼠（PBS）、未接受任何細(xì)菌的ATB處理小鼠（ATB組）、ATB處理后單獨(dú)接受FMT的小鼠（FMT組）或接受FMT后口服灌胃活的Akk（FMT+Akk組）或70°C巴氏殺菌30分鐘滅活的Akk（FMT+Akk-past組）。處理第27天監(jiān)測(cè)口服灌胃多種共生菌對(duì)局部（回腸、結(jié)腸）和遠(yuǎn)端（肝臟、血漿）各種代謝物濃度的影響，提取樣品代謝物進(jìn)行氣相和液相色譜與質(zhì)譜聯(lián)用分析。
1. 腸道微生物重組的影響
第一次實(shí)驗(yàn)中，連續(xù)抗生素（ATB）治療導(dǎo)致回腸代謝物的大量減少，這在ATB后第3、7和14天表現(xiàn)出來，表明回腸微生物群對(duì)營養(yǎng)物質(zhì)分解成小分子的重要性。因此，在ATB處理后，小腸跟結(jié)腸中超過一半的代謝物的豐度顯著降低，而包括幾種單糖和氨基酸在內(nèi)的其他代謝物的豐度增加。在ATB停藥時(shí)，灌胃單個(gè)細(xì)菌（Brc、Bur、Frg、Hir、Mit）或 FMT單獨(dú)或與Akk一起填喂，能夠隨時(shí)間逐漸修正ATB誘導(dǎo)的回腸代謝物消耗，以及結(jié)腸代謝，從而允許回腸和結(jié)腸代謝組恢復(fù)到類似于基礎(chǔ)的狀態(tài)（以PBS為對(duì)照）。在肝臟和血漿代謝組中觀察到非常相似的趨勢(shì)，但重要的區(qū)別是大多數(shù)代謝物的濃度接近不變，只有少數(shù)在ATB處理后降低（并且很少增加）。所以，ATB誘導(dǎo)的肝臟和血漿代謝組變化通過腸道微生物群的重組恢復(fù)到接近正常水平。與回腸和結(jié)腸代謝組相比，肝臟和血漿代謝組的組成受ATB介導(dǎo)的腸道滅菌的影響較小，證實(shí)內(nèi)部環(huán)境能夠免受外部干擾，單個(gè)細(xì)菌對(duì)這個(gè)系統(tǒng)的影響似乎是離散的。
圖 第一次口服灌胃后第3、7和14天，接受口服灌胃與數(shù)種共生菌或PBS（對(duì)照）或連續(xù)ATB的小鼠回腸、結(jié)腸、肝臟和血漿樣品提取物的靶向代謝組學(xué)分析
圖 第一次口服灌胃后第3、7和14天，FMT或Akk治療的小鼠回腸、結(jié)腸、肝臟和血漿靶向代謝物的相對(duì)豐度變化
2. AKK菌對(duì)代謝的特異性影響
接下來通過靶向代謝組學(xué)分析比較停止ATB處理后第3、7和14天Akk+FMT與FMT對(duì)回腸、結(jié)腸、肝臟和血漿代謝組的影響，結(jié)果觀察到相當(dāng)離散的效應(yīng)。Akk菌誘導(dǎo)回腸和結(jié)腸N1,N12-二乙酰精胺以及結(jié)腸中短鏈脂肪酸的增加（第3天：丙酸鹽；第7天：丁酸鹽）。在第7天而非第14天觀察到Akk菌誘導(dǎo)回腸和結(jié)腸中N1-乙酰亞精胺和 N1,N8-二乙酰亞精胺增加。支鏈氨基酸分解代謝過程中產(chǎn)生的代謝物在回腸（第3天：酮異戊酸、酮異己酸）和結(jié)腸（第7天：酮異己酸）也發(fā)現(xiàn)過多。
有趣的是，Akk菌導(dǎo)致肝臟中N1,N12-雙乙酰精胺的水平在較晚的時(shí)間點(diǎn)（第14天）增加，第3天和第14天Akk處理的小鼠肝臟中阿魏酸也增加。相比之下，Akk菌處理后的血漿中沒有觀察到一致的變化，除了2-羥基-3-甲基丁酸顯著但短暫（第3天）的增加。總之，Akk菌似乎可以增加腸道和肝臟中N1,N12-二乙酰精胺的濃度。
圖 第一次口服灌胃后第3天接受FMT或Akk的小鼠回腸（A）或結(jié)腸（B）樣品中的差異代謝物鑒定
圖 FMT、Akk或Akk-past（相對(duì)于PBS或連續(xù)ATB）治療的小鼠回腸、結(jié)腸、肝臟和血漿中提取的代謝物的相對(duì)豐度變化
3. 活性AKK菌&巴氏殺菌的Akk-past的代謝作用
第二次實(shí)驗(yàn)中比較PBS、ATB、 FMT、FMT+Akk、FMT+Akk-past組的小鼠代謝組證實(shí)第一次實(shí)驗(yàn)中的觀察結(jié)果，回腸和結(jié)腸代謝組發(fā)生重大變化，肝臟和血漿中的變化相對(duì)較小。這些變化清楚表明，與Akk-past相比，活的Akk菌具有更強(qiáng)的調(diào)節(jié)作用（僅與FMT相比）。
然而與活的Akk菌相比，Akk-past誘導(dǎo)回腸中的幾種多胺（N1-乙酰精胺、N1,N12-二乙酰精胺、N1,N8-二乙酰精胺、亞精胺）及其前體鳥氨酸，以及鳥氨酸/精氨酸比率（沒有對(duì)精氨酸水平的效果），短鏈脂肪酸（乙酸，丙酸），以及酮體2-羥基丁酸鹽（和其可能的衍生物2-羥基-3-甲基丁酸）達(dá)到更高水平。
結(jié)腸中這些代謝物中的許多種也因Akk-past治療而增加，但活的Akk菌治療沒有增加，幾種多胺（N1,N12-二乙酰精胺、N1,N8-二乙酰精胺、亞精胺、腐胺）的鳥氨酸增加，其前體精氨酸相對(duì)耗盡，導(dǎo)致鳥氨酸/精氨酸比率以及2-羥基丁酸和2-羥基-3-甲基丁酸甲酯增加。還發(fā)現(xiàn)Akk-past誘導(dǎo)膽汁酸在回腸（脫氧膽酸、豬脫氧膽酸、鼠脫氧膽酸）和結(jié)腸（脫氧膽酸、豬膽酸、石膽酸、ω-鼠膽酸、鼠脫氧膽酸、牛磺脫氧膽酸、牛磺-鼠膽酸、牛磺豬脫氧膽酸、牛磺熊脫氧膽酸）中增加。在腸道之外，與活的Akk菌相比，Akk-past只誘導(dǎo)膽汁酸（例如鵝脫氧膽酸、脫氧膽酸、豬脫氧膽酸、β-鼠膽酸、ω-鼠膽酸、牛磺脫氧膽酸、熊脫氧膽酸）持續(xù)增加，但膽汁酸的這種增加只在血漿中發(fā)現(xiàn)，肝臟中未發(fā)現(xiàn)。
圖 非靶向代謝組學(xué)分析顯示與 FMT、PBS或連續(xù)ATB相比，選定特征物在不同提取器官中通過Akk 或Akk-past口服灌胃后顯著增加
針對(duì)性分析表明，活的Akk菌或Akk-past誘導(dǎo)治療小鼠的代謝組發(fā)生顯著變化，在腸道中更顯著。血漿的非靶向分析顯示FMT+Akk與FMT+Akk-past組的小鼠代謝組存在許多顯著差異。該研究發(fā)現(xiàn)一種在回腸、結(jié)腸、肝臟和血漿中由活的Akk菌選擇性誘導(dǎo)的代謝物，而不是通過Akk-past或任何其他條件，注釋其分子量為115.0632。
圖 Akk或Akk-past治療的小鼠間的差異血漿代謝物鑒定 ( A )；一種代謝物不同組與器官間的差異（B）
總之，活的Akk菌與Akk-past的代謝作用存在重要差異，這可能具有生物學(xué)相關(guān)性，因?yàn)樗鼈冇绊懚喾N膽汁酸、酮體、多種多胺以及短鏈脂肪酸。
結(jié)論：
Akk菌對(duì)新陳代謝有重大影響，能導(dǎo)致腸道和肝臟中亞精胺和其他多胺的增加。Akk-past在提高腸道的多胺、短鏈脂肪酸、2-羥基丁酸以及多種膽汁酸的濃度方面比活Akk菌更有效，這些代謝物也在血漿中增加。所有這些代謝物都報(bào)道與人類健康有關(guān)，為Akk菌的有益作用提供生化基礎(chǔ)。
盡管目前研究發(fā)現(xiàn)Akk 菌具有多種作用，但在整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)中與其他物種的協(xié)同和互作，還沒有形成一個(gè)完整的拼圖。也許一個(gè)菌株的益生菌不是答案，而是一個(gè)聯(lián)盟、一種小型的環(huán)境，可能會(huì)有不同的效果。
研究報(bào)告原文詳見：
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