革命性肠道微生物促进儿童成长：新研究揭示治疗性食物的工作原理
更新时间：2024-11-09 07:37 浏览量：4
研究人员开发了一种治疗性食品，可以促进有益的肠道细菌，从而改善营养不良儿童的生长。一种关键细菌，即普拉斯尼茨氏粪杆菌，可以产生一种调节重要生理功能的酶，这提示着潜在的新治疗方法。
一项针对营养不良儿童治疗性食品的小鼠研究揭示了一种新发现的肠道细菌酶的多种功能。
为了对抗影响全球 2 亿儿童的儿童营养不良问题，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品，旨在滋养有益的肠道微生物并促进儿童的成长和整体健康。为了揭示这种食物疗法的工作原理，由医师科学家 Jeffrey I. Gordon 医学博士领导的团队专注于研究儿童肠道微生物群对治疗的反应。
在他们最新的研究中，研究人员发现了一种肠道细菌可能具有深远的影响，这种细菌与孟加拉国儿童在食用一种旨在培养健康肠道微生物的治疗性食品后生长得更好有关。这种针对微生物群的治疗性食品被称为 MDCF-2。儿童肠道微生物群中寄生的一种细菌菌株拥有一种以前未知的基因，能够产生和代谢关键分子，这些分子参与调节许多重要功能，包括食欲、免疫反应、神经功能以及致病菌产生疾病的能力。
研究结果于 10 月 25 日发表在《科学》杂志上。
“随着我们应用新疗法通过修复肠道微生物群来治疗儿童营养不良，我们有机会研究微生物伙伴的内部运作，”华盛顿大学医学院罗伯特·J·格拉泽博士杰出大学教授兼爱迪生家庭基因组科学与系统生物学中心主任Gordon 指出：“我们正在发现肠道微生物如何影响我们生理学的不同方面。这项研究表明，肠道微生物是生物化学大师，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以带来维持人类健康的新策略，并有助于指导营养不良以外的多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，它们的丰度和功能表现与研究参与者的成长改善相关。这些有益生物之一是一种名为Faecalibacterium prausnitzii的细菌。
该论文的共同第一作者——病理学和免疫学助理教授 Jiye Cheng 博士和 Gordon 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并随后被从孟加拉国儿童微生物群中培养的特定微生物群落定植的小鼠。他们发现，与缺乏该菌株的动物相比，在被含有特定 F. prausnitzii 菌株的微生物群落定植的动物的肠道中，两种分别称为油酰乙醇酰胺 (OEA) 和棕榈酰乙醇酰胺 (PEA) 的分子的含量要低得多。这一点非常值得注意，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。
华盛顿大学医学院的研究人员发现了一种肠道细菌酶，具有此前未知的代谢能力。图中显示的是这种酶的细菌版本（称为 FAAH）（左）和人类版本（右）的结构。在此研究之前，人们只知道这种酶的人类版本。制造这种细菌版本的微生物与治疗儿童营养不良的食疗食品的生长益处有关。图片来源：Jiye Cheng
Gordon 的团队采用了一系列生物信息学和生物化学工具来识别这种酶——脂肪酸酰胺水解酶 (FAAH)——它是由细菌菌株产生的，负责降解 OEA 和 PEA。众所周知，人类版本的 FAAH 能够分解特定类型的神经递质，即内源性大麻素，从而调节整个身体的生理机能。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、焦虑和情绪等神经系统状态中发挥作用。
Cheng 和 Venkatesh 指出， F. prausnitzii FAAH 酶的发现代表了此类微生物酶的第一个例子，并揭示了微生物在调节肠道中重要分子 N-酰基乙醇酰胺（包括 OEA 和 PEA）的水平方面的作用。
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，食品治疗导致 OEA 水平降低，同时增加了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理想的。
除了对这种治疗性食品的有益作用提供新的见解外，该论文还描述了这种细菌酶如何比人类 FAAH 具有更广泛的功能。这些功能包括合成脂质修饰氨基酸的独特能力，其中包括许多新型分子，研究小组发现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，也可以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之外，细菌酶还可以控制其他含脂质信号分子的水平，包括参与神经元之间通讯的神经递质，以及病原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。
Gordon 表示：“人类和细菌 FAAH 酶的结构非常不同；研究发现，抑制人类酶的试验药物不会影响细菌酶。这为开发新疗法打开了大门，可以选择性地操纵细菌酶的活性和产物。这是微生物如何进化出人类基因组中未编码但对人体正常功能仍然很重要的功能的一个例子。我们现在知道，这种酶在两个不同位置有两种不同的版本——我们的人类细胞和肠道微生物群。”
Gordon 和他的同事、病理学和免疫学教授、论文合著者 Michael Barratt 博士强调，这种肠道细菌酶的鉴定为研究食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，肠道中的此类酶还可以帮助解释个体对某些口服药物反应的差异。
Gordon 强调：“这种酶在微生物中的功能令人惊叹。在未来的研究中，我们感兴趣的是研究这种酶的近亲（可能编码在其他细菌的基因组中）是否可以补充 FAAH 或发挥完全不同的作用。这些生物是化学大师，我们才刚刚开始探索它们能做什么。”
本研究由美国国立卫生研究院(NIH)资助，资助编号为 DK30292。内容完全由作者负责，并不一定代表 NIH 的观点。
Cheng、Venkatesh、Barratt 和 Gordon 是华盛顿大学圣路易斯分校提交的一份患者申请的发明人，该申请涵盖了F. prausnitzii FAAH 的治疗应用。
参考文献：Jiye Cheng、Siddarth Venkatesh、Ke Ke、Michael J. Barratt 和 Jeffrey I. Gordon 撰写的“人类肠道 Faecalibacterium prausnitzii 脂肪酸酰胺水解酶”，2024 年 10 月 25 日，Science。DOI ：10.1126/science.ado6828