肠道Akkermansia muciniphila研究最新进展完整版.docx

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肠道Akkermansiamuciniphila研究最新进展完整版

肠道Akkermansiamuciniphila研究最新进展（完整版）

随着厌氧培养技术的发展，2004年Derrien等[1]首次从健康人体粪便中分离出Akkermansiamuciniphila（A.muciniphila）。

研究发现，A.muciniphila主要定植在胃肠道的外黏液层，以胃肠道的黏蛋白作为自身生长的碳和氮来源，其消耗黏蛋白与杯状细胞再生黏蛋白能够达到动态平衡，从而维持黏液层稳定。

A.muciniphila以及其分泌物，如囊泡（Extracellularvesicles,EV）通过与结肠上皮细胞Toll受体（Toll-likereceptor，TLR）结合及调节紧密连接蛋白的表达等来维持肠道稳态，从而改善高脂饮食诱导的肥胖和炎症性肠病（Inflammatoryboweldisease,IBD）等疾病[2]。

本文基于现有的国内外研究，对A.muciniphila的基本特性、定植情况、影响定植的因素，以及成为下一代益生菌所面临的难点等进行综述。

1　A.muciniphila的基本特性及作用

1.1　A.muciniphila的基本特性

A.muciniphila是一种严格厌氧、非运动、没有内生孢子的卵圆形肠道细菌，其最适生长温度是37℃，最适生长pH为6.5，该菌的倍增时间大约是1.5h[1]。

A.muciniphila单独或者成对存在，很少成链生长，其代谢产物为乙酸盐、丙酸盐、1，2-丙二醇等。

在提供蛋白源的基础培养基中，加入N-乙酰氨基葡萄糖、N-乙酰半乳糖胺和葡萄糖作为能源，A.muciniphila可以生长，但是在果糖和纤维二糖等其他糖类作为能源的培养基中A.muciniphila不能生长[1]。

Ouwerkerk等[3]研究发现，A.muciniphila具有一定的耐氧性，其暴露在空气中24h，仍然有1%以上的存活率。

此外，研究还发现低氧气浓度（纳摩尔）下可以显著促进A.muciniphila的生长。

纳摩尔浓度的氧气存在时，A.muciniphila可以使用细胞色素bd作为末端氧化酶进行呼吸，因为有氧呼吸产能高于发酵的能量产生，这可能是在低浓度氧气存在条件下A.muciniphila生长明显增加的原因。

A.muciniphila最常用的培养基是脑心浸出液（Brainheartinfusion，BHI）培养基和以黏蛋白为基础营养底物的培养基，在加入黏蛋白的培养基中，菌株直径为640nm，在BHI培养基中，该菌株直径为830nm。

但是，在黏蛋白培养基中A.muciniphila最终浓度是BHI的2倍，而且，在黏蛋白培养基上生长时产生微囊并且发生聚集，这种微囊结构和更小的直径可能有助于吸附和降解黏蛋白[1,4]。

通过细菌16SrRNA测序表明其属于疣微菌门（Verrucomicrobia），与Verrucomicrobiumspinosum有92%序列相似性，是现在唯一已知的人类肠道疣微菌门成员[5]。

其中文译名尚无统一，在文献中以阿克曼黏细菌、艾克曼黏细菌等名字出现[6]。

在人类的胃肠道，至少有12个亚种。

在Xing等[7]的研究中，根据DNA-DNA杂交（DigitalDNA-DNAhybridiztion，dDDH）将23个Akkermansia属的菌株分为4种，分别为Akkermansiasp.CAG、Akkermansiasp.KLE、Akkermansia.muciniphila、Akkermansia.glycaniphila，23个菌株基因组的G＋C含量为55%～58%。

研究还发现不同菌株具有不同的基因组长度，人源菌株基因组是由2.7×106～3.1×106bp的环状染色体组成，与菌株A.muciniphilaATCCBAA-835亲缘关系较近的菌株具有更多黏蛋白降解相关的基因。

此外，不同来源的菌株也存在差异。

例如人源菌株（ATCC）与鼠源菌株相比，人源菌株表现出更强的抗炎效果，并且能够增加调节性T细胞（RegulatoryTcells,Tregs）的分化[8,9,10]。

1.2　A.muciniphila在机体的定植情况

目前A.muciniphila在人体内的定植数据仍十分有限。

A.muciniphila存在于人乳汁中，并以乳汁作为载体，在婴儿胃肠道定植[11]。

在健康成年人中，Derrien等[8]通过荧光原位杂交（Fluorescenceinsituhybridization,FISH）结合流式细胞仪定量分析发现A.muciniphila约占肠道菌群的1%～3%。

在动物实验中，发现给无菌小鼠灌胃A.muciniphila，主要定植在盲肠，其次是回肠和结肠，虽然主要定植在盲肠，但是对结肠中免疫调节的基因影响最显著[12]。

Reunanen等[13]在体外粘附试验中，发现A.muciniphila吸附于人结肠细胞系Caco-2和HT-29，而不是吸附于人结肠黏液。

尽管其降解黏蛋白，但是与人结肠黏蛋白没有结合。

进一步研究发现A.muciniphila结合细胞外基质的层粘连蛋白，而不是结合胶原蛋白Ⅰ和Ⅳ、纤连蛋白和胎球蛋白。

A.muciniphila吸附于人结肠细胞系显著增加跨上皮电阻（Transepithelialelectricalresistancs，TER），增强肠上皮细胞屏障完整性。

Lyra等[14]在做结肠活检时，通过qPCR定量分析，发现A.muciniphila在左右结肠黏膜中的数量没有差异。

然而，在体外肠道模拟实验中，发现A.muciniphila在结肠的不同位置中的定植存在差异，表现为升结肠中少量定植，降结肠和横结肠中较丰富。

目前体外模拟存在没有肠道黏膜结构等缺陷，其在结肠各肠段的定植情况需进一步研究[15]。

1.3　A.muciniphila维持肠道稳态的机制

A.muciniphila通过多种机制维持肠道稳态（图1）。

一方面，A.muciniphila在胃肠道的外黏液层中定植，以胃肠道的黏蛋白作为生长的碳源和氮源，A.muciniphila分解黏蛋白并刺激杯状细胞合成黏蛋白达到动态平衡，从而维持黏液层的稳定。

除A.muciniphila外，链球菌属、螺杆菌属、双歧杆菌属、梭菌属、普氏菌属、螺杆菌属等细菌也能够分泌降解黏蛋白所需的部分酶。

基因组测序发现，与其他细菌比较，在A.muciniphila相对较小的基因组（2.7×106bp）中，富含与糖苷酶、唾液酸酶、蛋白酶和硫酸酯酶等全套黏蛋白降解酶表达相关的基因[16,17,18]。

并且A.muciniphila还能够通过上调紧密连接蛋白ZO-1（Zonulaoccludensproteins,ZO-1）和闭合蛋白的表达，进而影响肠道屏障功能，减少脂多糖（Lipopolysaccharides，LPS）进入机体循环，降低内毒素血症，改善机体炎症[19]。

另一方面，A.muciniphila降解黏蛋白，释放可以被周围非黏液降解细菌利用的短链脂肪酸（Shortchainfattyacids，SCFAs）、寡糖等代谢物。

SCFAs是肠上皮细胞的直接能量来源，在维持肠道上皮细胞的正常功能中发挥重要作用[20,21]。

而且SCFAs还能抑制组蛋白脱乙酰基酶（Histonedeacetylases，HADCs），从而调节NF-κB通路，减少炎症因子的表达[22]。

其中乙酸能够促进粪厌氧棒状菌（Anaerostipescaccae），霍氏真杆菌（Eubacteriumhallii）和普拉梭菌（Faecalibacteriumprausnitzi）等细菌产生丁酸盐[23]。

丁酸可以促进Treg细胞的外周活化，增加结肠中Treg细胞亚群的数量，抑制促炎免疫细胞CD4＋T淋巴细胞、CD8＋T淋巴细胞活性[24,25]。

此外，A.muciniphila的成分可以通过调节免疫而维持肠道的稳态。

如A.muciniphila鞭毛中Amuc_1100蛋白是TLR2（Toll-likereceptor2,TLR2）的激活剂。

研究发现该蛋白在巴氏灭菌的温度下稳定，并且能够诱导机体产生抗炎因子IL-10[26]。

此外，A.muciniphila分泌的囊泡能够降低TLR4（Toll-likereceptor4,TLR4）的表达，从而调节NF-κB通路，减少促炎因子IL-6、IL-8的分泌[2,26]。

2　影响A.muciniphila定植的因素

2.1　年龄、地理环境

年龄和地理环境等因素影响人体A.muciniphila的数量。

如Derrien等[27]研究发现，从婴幼儿时期开始A.muciniphila在人类胃肠道定植，并在一年后迅速接近成年人的水平（108个/g）。

随着年龄增长A.muciniphila在人体内的数量逐渐降低。

但与Derrien等研究不同，Guo等[9]发现>60岁人群A.muciniphila的数量升高。

在Bárcena等[28]的研究中也发现，百岁老人中A.muciniphila数量显著增加，提示A.muciniphila水平的升高可能有助于延缓机体的衰老。

另外，不同地理位置A.muciniphila在人群中定植也存在差别。

如通过细菌16SrRNA分析发现，智利健康受试者粪便中的微生物菌群和巴布亚新几内亚受试者有明显不同；但与美国和阿根廷受试者接近；A.muciniphila在智利受试者的丰富度最高。

中国南方的男性和女性定植率没有差异，但是中国南方人群的A.muciniphila定植率低于欧洲人群（51.71%比74.70%）[29]。

2.2　药物

药物是影响肠道A.muciniphila丰度的重要因素之一。

首先，抗菌药物作用后可以直接影响肠道A.muciniphila的数量。

Hansen等[30]发现，在小鼠出生后早期用万古霉素进行干预可以有效预防1型糖尿病，显著降低小鼠血糖值以及减轻胰岛炎症；而对8周龄小鼠未见明显预防效果。

万古霉素作用于幼儿时期的小鼠使A.muciniphila成为胃肠道优势菌群，该研究提示A.muciniphila可能是推迟1型糖尿病的关键菌群。

Parker等[31]研究发现，对60例6～11个月的婴儿使用阿奇霉素治疗3d后，婴儿A.muciniphila数量显著减少。

此外Dubourg等[32]的研究中，2例成人患者经过抗生素（强力霉素、哌拉西林、羟氯喹、亚胺培南等）治疗后，A.muciniphila数量显著增加，在肠道菌群的比例均>40%。

有趣的是，Han等[33]在小鼠模型中也发现类似现象，给小鼠灌胃四联抗生素（氨苄青霉素，万古霉素，新霉素和甲硝唑）可显著逆转免疫抑制剂导致的A.muciniphila数量减少。

这些研究表明抗菌药物等药物使用会影响肠道内A.muciniphila数量的变化，其对人体代谢产生的影响需进一步研究。

最新的研究发现，代谢综合征相关治疗药物对A.muciniphila丰度的影响可能参与其作用机制。

如二甲双胍通常用作治疗代谢综合征（如肥胖和2型糖尿病）的一线用药。

在Cuesta-Zuluaga等[34]的研究中，对14例服用二甲双胍的糖尿病患者进行肠道菌群分析，与未服用二甲双胍的糖尿病患者以及健康受试者相比，A.muciniphila显著增加。

在体外实验中，收集二甲双胍治疗组和对照组小鼠的粪便，发现二甲双胍培养组A.muciniphila的比例显著增加[35,36,37]。

在Azevedo等[38]的研究中，使用另外一种代谢病治疗药物利拉鲁肽（Liraglutide）。

对高脂饮食诱导的肥胖小鼠进行皮下注射给药，连续15d给药后处死小鼠，收集肠道内容物进行菌群分析，发现治疗小鼠肠道中A.muciniphila显著增加。

此外，抗肿瘤药物也可以影响