付晶晶 韋芳 藍(lán)秋靈 孫健

【關(guān)鍵詞】阿克曼菌；Amuc_1100；生物活性；藥物潛力

中圖分類(lèi)號(hào)：R37文獻(xiàn)標(biāo)志碼：ADOI：10.3969/j.issn.1003-1383.2024.05.013

近年來(lái)，人們?cè)趯?duì)腸道微生物進(jìn)行研究的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)了一種與腸道黏液層息息相關(guān)的微生物，名為阿克曼菌（Akkermansiamuciniphila）。阿克曼菌是十多年前首次被分離出來(lái)的、定植于腸黏膜黏液層的一種細(xì)菌，它是疣微菌門(mén)、疣微菌綱、疣微菌目、疣微菌科被培養(yǎng)出來(lái)的第一株細(xì)菌［1］，占健康成人糞便中細(xì)菌總數(shù)的1%～3%［2］，具有分解黏蛋白的特征，可以以黏蛋白作為唯一的碳源和氮源進(jìn)行生長(zhǎng)。越來(lái)越多的研究發(fā)現(xiàn)阿克曼菌與肥胖、炎癥性腸?。↖BD）等疾病之間關(guān)系密切，多項(xiàng)動(dòng)物及人體試驗(yàn)均證實(shí)體重和炎性反應(yīng)標(biāo)志物等水平與阿克曼菌的豐度呈負(fù)相關(guān)，且這種作用在細(xì)菌被巴氏殺菌后依然存在［3］。PatriceDCani團(tuán)隊(duì)在闡明阿克曼菌的作用機(jī)制過(guò)程中首次發(fā)現(xiàn)，阿克曼菌的菌毛樣外膜蛋白Amuc_1100能夠獨(dú)立發(fā)揮部分減脂和維護(hù)腸道屏障功能的作用。現(xiàn)就阿克曼菌外膜蛋白Amuc_1100研究進(jìn)展綜述如下。

1Amuc_1100的發(fā)現(xiàn)和結(jié)構(gòu)

來(lái)自魯汶大學(xué)、瓦赫寧根大學(xué)、赫爾辛基大學(xué)的聯(lián)合研究小組在研究阿克曼菌外膜蛋白時(shí)發(fā)現(xiàn)了一些由特定Ⅳ型菌毛基因簇編碼的蛋白質(zhì)，其中一個(gè)分子量為32kDa的高含量蛋白被命名為Amuc_1100，屬于細(xì)菌外膜蛋白［4］。后續(xù)研究證實(shí)，Amuc_1100參與了阿克曼菌通過(guò)Toll樣受體2（TLR2）信號(hào)通路對(duì)抗肥胖、胰島素抵抗和腸道屏障改變的作用。該蛋白在70℃下具有穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，表明巴氏殺菌后的阿克曼菌可能仍能發(fā)揮減肥作用，這與Amuc_1100密切相關(guān)［5］。

Amuc_1100膜外結(jié)構(gòu)域的晶體結(jié)構(gòu)由一個(gè)四股反平行β-折疊和四個(gè)α-螺旋組成。兩個(gè)C端螺旋和四條反平行β-折疊形成兩個(gè)“αββ”基序，構(gòu)成核心結(jié)構(gòu)域。該核心結(jié)構(gòu)域與Ⅳ型菌毛蛋白和Ⅱ型分泌系統(tǒng)蛋白具有相似的折疊。N端α1螺旋的消除會(huì)導(dǎo)致Amuc_1100發(fā)生二聚化，這表明Amuc_1100的寡聚狀態(tài)是可變的，可能受到α1的影響［6］。在對(duì)其全長(zhǎng)序列進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析時(shí)，由于結(jié)晶困難，因此通過(guò)添加0.01mg·mL-1胰蛋白酶使Amuc_1100結(jié)晶，并在2.1A°分辨率下求解并細(xì)化了Amuc_1100可結(jié)晶部分的結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)其包含了6個(gè)螺旋和4個(gè)β-折疊［7］。

2Amuc_1100的信號(hào)傳遞方式

作為一種與菌毛形成相關(guān)基因簇上的外膜蛋白，Amuc_1100很可能參與了與宿主的某種交互。體外實(shí)驗(yàn)證明了Amuc_1100可以通過(guò)細(xì)胞表面的TLR2激活細(xì)胞內(nèi)報(bào)告基因NF-κB的表達(dá)［5］，Amuc_1100蛋白對(duì)TLR2信號(hào)通路也有激活作用［4，8］。生物層干涉技術(shù)在體外直接測(cè)量到Amuc_1100的膜外結(jié)構(gòu)域與hTLR2的結(jié)合［6］。這些結(jié)果表明Amuc_1100可能是TLR2的一種新的配體。因此，TLR2/MyD88/NF-κB很可能是Amuc_1100的一個(gè)重要代謝途徑，值得進(jìn)一步研究。此外，目前的學(xué)術(shù)研究普遍認(rèn)為，Amuc_1100通過(guò)AC3/PKA/HSL途徑加速脂肪分解，這條途徑是通過(guò)Amuc_1100激活G蛋白偶聯(lián)受體，催化ATP環(huán)化為cAMP來(lái)啟動(dòng)的。這些研究結(jié)果表明Amuc_1100向細(xì)胞內(nèi)傳遞信號(hào)的方式并不唯一，可能在細(xì)胞膜上存在多樣的受體。

3Amuc_1100的活性

3.1Amuc_1100與肥胖

Amuc_1100緩解肥胖的活性最早被研究。在尋找阿克曼菌減少脂肪堆積和肥胖發(fā)生的機(jī)制時(shí)，外膜蛋白Amuc_1100被篩選出來(lái)。Amuc_1100具有熱穩(wěn)定性，可在小鼠模型中預(yù)防飲食誘導(dǎo)的肥胖［5］。但研究并沒(méi)有明確Amuc_1100在抑制肥胖中的具體機(jī)制。在最新的一項(xiàng)針對(duì)Amuc_1100減肥機(jī)制的研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)在小鼠體內(nèi)，Amuc_1100可以緩解肥胖，促進(jìn)白色脂肪褐變；且Amuc_1100可抑制前脂肪細(xì)胞3T3-L1中脂肪生成和脂質(zhì)積累的能力，改善3T3-L1細(xì)胞中的產(chǎn)熱和脂解基因表達(dá)，促進(jìn)白色脂肪細(xì)胞向棕色脂肪細(xì)胞的轉(zhuǎn)化；Amuc_1100通過(guò)AC3/PKA/HSL途徑加速脂肪分解，并在Ser660處磷酸化HSL，進(jìn)而促進(jìn)脂肪分解［9］。國(guó)內(nèi)也有研究者通過(guò)高脂飲食聯(lián)合鏈脲佐菌素注射模擬大鼠T2DM的發(fā)生，發(fā)現(xiàn)低劑量Amuc_1100蛋白干預(yù)可顯著降低高脂飲食導(dǎo)致的胰島素升高，證實(shí)Amuc_1100蛋白可以有效改善高脂飲食引起的代謝紊亂［10］。WADE等還發(fā)現(xiàn)Amuc_1100可以上調(diào)CREBH［11］，而通過(guò)在小鼠的肝臟中特異性表達(dá)CREBH（cAMP-responsiveelement-bindingproteinH），發(fā)現(xiàn)可以有效抑制代謝性炎癥，并以此來(lái)影響胰島素抵抗及因高脂飲食帶來(lái)的肥胖［12］，因此這也可能是Amuc_1100抑制肥胖的機(jī)制之一。

3.2Amuc_1100與炎癥性腸病

IBD是一種慢性非特異性腸道炎癥性疾病，包括潰瘍性結(jié)腸炎和克羅恩病，是導(dǎo)致結(jié)直腸癌（CAC）的危險(xiǎn)因素。IBD的致病機(jī)制尚不明確，可能涉及遺傳因素、免疫、腸道菌群改變以及環(huán)境因素。腸道菌群在潰瘍性結(jié)腸炎病程的發(fā)展中起了關(guān)鍵作用。實(shí)驗(yàn)證實(shí)，在CAC患者和結(jié)腸炎小鼠中，阿克曼菌的豐度顯著降低［13］。Amuc_1100通過(guò)調(diào)節(jié)機(jī)體代謝、炎癥因子和免疫反應(yīng)等方式緩解IBD和CAC。GU等［14］的研究發(fā)現(xiàn)，活的阿克曼菌、巴氏滅菌的阿克曼菌和Amuc_1100均可上調(diào)芳香烴受體（AhR）的靶基因，包括CYP1A1、IL-10和IL-22，從而改善結(jié)腸炎。另一項(xiàng)研究顯示［15］，口服滅菌后的阿克曼菌或Amuc_1100，可顯著減輕以葡聚糖硫酸鈉（DSS）誘導(dǎo)的結(jié)腸炎小鼠模型的結(jié)腸縮短，結(jié)腸病理?yè)p傷，結(jié)腸組織中cleaved-caspase3、TNF-α、IFN-γ、IL-1β、IL-6、IL-18、IL-33等炎癥因子的表達(dá)，并減少CAC模型小鼠腫瘤數(shù)目與面積、結(jié)腸癌變進(jìn)程以及結(jié)腸組織中γ-H2AX、cleaved-caspase3、Ki67的表達(dá)。同時(shí)抑制兩種模型鼠巨噬細(xì)胞和細(xì)胞毒T淋巴細(xì)胞（CTL）的結(jié)腸浸潤(rùn)。WADE等進(jìn)一步的研究［11］發(fā)現(xiàn)阿克曼菌及其外膜蛋白Amuc_1100可通過(guò)上調(diào)CREBH及miR-143/145，保護(hù)腸道上皮屏障功能，并抑制腸道炎癥應(yīng)激，同時(shí)促進(jìn)腸道上皮愈合。這些研究均表明，阿克曼菌和Amuc_1100在IBD和CAC中具有抗炎作用。這為IBD的治療提供了新的思路，但它們的不同作用機(jī)制仍需進(jìn)一步闡明，只有通過(guò)更廣泛的研究才能更好地將它們運(yùn)用于臨床。

3.3Amuc-1100與牙周炎

牙周炎是由口腔微生物穩(wěn)態(tài)破壞引起的慢性炎癥性疾病，可引起牙槽骨丟失、牙周溢膿等嚴(yán)重影響口腔健康。研究表明，健康個(gè)體口腔中存在阿克曼菌，而嚴(yán)重牙周炎患者的微生物組卻不含阿克曼菌［16］?？梢?jiàn)，阿克曼菌與牙周炎發(fā)生可能相關(guān)。HUCK等的研究證實(shí)了阿克曼菌可通過(guò)減少炎癥浸潤(rùn)和牙槽骨破壞改善牙周炎［17］，其效果可能由外膜蛋白Amuc_1100介導(dǎo)。MULHALL等發(fā)現(xiàn)，阿克曼菌或Amuc_1100可提高M(jìn)2巨噬細(xì)胞數(shù)量，降低M1/M2比值，增加抗炎細(xì)胞因子IL-10在mRNA和蛋白水平的表達(dá)，從而減輕牙齦卟啉單胞菌誘導(dǎo)的牙槽骨丟失。此外，Amuc_1100還可增加T細(xì)胞化學(xué)引誘物CXCL10表達(dá)，促進(jìn)Th1T細(xì)胞聚集到牙齦組織，增加細(xì)菌清除，從而緩解牙周的炎癥［18］。因此，Amuc_1100可能成為牙周炎治療的新方向，但其具體機(jī)制仍需進(jìn)一步研究。

3.4Amuc-1100與五羥色胺、神經(jīng)系統(tǒng)疾病

5-羥色胺（5-HT）是一種神經(jīng)遞質(zhì)，它在調(diào)節(jié)情緒、睡眠、食欲和疼痛感覺(jué)等方面起著重要作用，大部分來(lái)自腸黏膜層上的嗜鉻細(xì)胞。研究表明，作為腸道益生菌，阿克曼菌豐度與5-羥色胺的水平密切相關(guān)［19］。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，WANG等指出Amuc_1100通過(guò)直接作用于TLR2，促進(jìn)5-HT合成限速酶（Tph1）的表達(dá)，并減少5-羥色胺再攝取轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（SERT）的表達(dá)，從而提高5-HT的生物合成和細(xì)胞外利用率［8］。該研究推測(cè)，阿克曼菌可能通過(guò)其外膜蛋白Amuc_1100作用于TLR2來(lái)調(diào)節(jié)體內(nèi)5-HT濃度，進(jìn)而改善實(shí)驗(yàn)動(dòng)物胃腸道疾病和代謝紊亂。另外，CHENG等也發(fā)現(xiàn)Amuc_1100能夠通過(guò)TLR2調(diào)節(jié)腸道5-HT水平，改善慢性應(yīng)激小鼠的腸道菌群，從而減輕小鼠抑郁樣行為［20］。最新的研究顯示，阿克曼菌和Amuc_1100可以上調(diào)抗生素誘導(dǎo)小鼠海馬中5-HT的水平，可能通過(guò)影響B(tài)DNF/TrkB信號(hào)通路來(lái)恢復(fù)海馬和皮質(zhì)中的BDNF和TrkB水平、降低星形膠質(zhì)細(xì)胞的密度并促進(jìn)神經(jīng)元激活，從而改善小鼠的焦慮和抑郁樣行為［21］。此外，阿克曼菌和Amuc_1100也可能參與HPA軸和海馬糖皮質(zhì)激素受體通路，降低cort水平，起到減輕抑郁癥狀的作用［21］。Amuc_1100Δ80是缺乏前80個(gè)N-末端氨基酸的Amuc_1100的截短形式，并且與野生型蛋白相比具有更高的TLR2親和力。CHENG等進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)Amuc_1100Δ80在改善小鼠慢性應(yīng)激誘導(dǎo)的抑郁樣行為方面具有比Amuc_1100更好的抗抑郁效應(yīng)。Amuc_1100Δ80可能通過(guò)與TLR2相互作用和改變腸道微生物組成來(lái)影響5-HT水平和下游的5-HTR1A-CREB-BDNF信號(hào)通路。同時(shí)，Amuc_1100Δ80對(duì)炎癥和高度激活的HPA軸的下調(diào)作用與CUMS小鼠抑郁樣癥狀的改善密切相關(guān)［22］?？傊珹muc_1100對(duì)精神疾病可能具有潛在的治療作用，對(duì)Amuc_1100抗抑郁活性的研究可能為抑郁癥新藥開(kāi)發(fā)指明新方向。

4Amuc_1100作為藥物的潛力分析

到目前為止，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)Amuc_1100具有眾多活性，例如代謝調(diào)節(jié)、腸道屏障保護(hù)、抑制腸道炎癥、抗抑郁等，可以利用這些功能將Amuc_1100開(kāi)發(fā)為具有治療或保健功能的藥物。然而，由于Amuc_1100本質(zhì)上是一種腸道微生物表達(dá)的膜蛋白，想要將其開(kāi)發(fā)為藥物存在以下問(wèn)題：一是需大量表達(dá)具有天然構(gòu)象的Amuc_1100蛋白質(zhì)；二是Amuc_1100藥物如何保存，如何抵抗胃酸的低pH，以天然構(gòu)象形式進(jìn)入腸道；三是Amuc_1100是否像其他蛋白類(lèi)或多肽類(lèi)藥物一樣，需要克服腸道屏障以進(jìn)入體內(nèi)。

首先，Amuc_1100來(lái)源于革蘭氏陰性厭氧細(xì)菌，因此通過(guò)原核表達(dá)可使其具有天然構(gòu)象。目前，大量用于科研的高純度Amuc_1100是通過(guò)原核表達(dá)系統(tǒng)進(jìn)行體外表達(dá)［23］。因此，利用發(fā)酵罐即可實(shí)現(xiàn)大量表達(dá)天然構(gòu)象的Amuc_1100蛋白質(zhì)。其次，Amuc_1100表現(xiàn)出非常好的熱穩(wěn)定性，已在許多研究中得到證實(shí)。這為Amuc_1100保健食品的開(kāi)發(fā)提供了便利條件，產(chǎn)品不需要低溫保存，可以常溫加工、運(yùn)輸及保存，并且仍具有生物活性。為了確保含Amuc_1100保健產(chǎn)品中的蛋白質(zhì)不受胃部低pH和蛋白酶的影響，可采用腸溶膠囊、腸溶片或水凝膠等形式進(jìn)行遞送，使產(chǎn)品在進(jìn)入腸道后釋放，從而顯著提高產(chǎn)品在胃腸道中的穩(wěn)定性和口服生物利用度。最后，與其他口服功能性蛋白或多肽相比，Amuc_1100主要發(fā)揮作用于腸道，因此無(wú)需考慮如何跨越腸道屏障［24］。

5總結(jié)

自發(fā)現(xiàn)以來(lái)，對(duì)阿克曼菌的外膜蛋白Amuc_1100進(jìn)行了大量研究，重點(diǎn)關(guān)注其可能的代謝調(diào)節(jié)通路和活性。目前的研究表明，TLR2是Amuc_1100的識(shí)別靶點(diǎn)，與其眾多生物活性密切相關(guān)。最新研究還發(fā)現(xiàn)，Amuc_1100可以與G蛋白偶聯(lián)受體相互識(shí)別。已確認(rèn)Amuc_1100具有多種生物活性，包括調(diào)節(jié)代謝、調(diào)節(jié)腸道屏障、抑制炎癥性腸炎和口腔炎癥、調(diào)節(jié)5-羥色胺以及抗抑郁作用。未來(lái)研究應(yīng)深入探討這些生物活性產(chǎn)生的具體機(jī)制，并加大藥物開(kāi)發(fā)投入。

參考文獻(xiàn)

［1］DERRIENM，VAUGHANEE，PLUGGECM，etal.Akkermansiamuciniphilagen.nov.，sp.nov.，ahumanintestinalmucin-degradingbacterium［J］.IntJSystEvolMicrobiol，2004，54（5）：1469-1476.

［2］FALONYG，JOOSSENSM，VIEIRA-SILVAS，etal.Population-levelanalysisofgutmicrobiomevariation［J］.Science，2016，352（6285）：560-564.

［3］CANIPD，DEVOSWM.Next-generationbeneficialmicrobes：thecaseofAkkermansiamuciniphila［J］.FrontMicrobiol，2017，8：1765.

［4］OTTMANN，REUNANENJ，MEIJERINKM，etal.Pili-likeproteinsofAkkermansiamuciniphilamodulatehostimmuneresponsesandgutbarrierfunction［J］.PLoSOne，2017，12（3）：e0173004.

［5］PLOVIERH，EVERARDA，DRUARTC，etal.ApurifiedmembraneproteinfromAkkermansiamuciniphilaorthepasteurizedbacteriumimprovesmetabolisminobeseanddiabeticmice［J］.NatMed，2017，23（1）：107-113.

［6］WANGJC，XIANGR，WANGRJ，etal.ThevariableoligomericstateofAmuc_1100fromAkkermansiamuciniphila［J］.JStructBiol，2020，212（1）：107593.

［7］MOULQ，PENGX，CHENY，etal.CrystalstructureofmonomericAmuc_1100fromAkkermansiamuciniphila［J］.ActaCrystallogrFStructBiolCommun，2020，76（Pt4）：168-174.

［8］WANGJC，XUWJ，WANGRJ，etal.TheoutermembraneproteinAmuc_1100ofAkkermansiamuciniphilapromotesintestinal5-HTbiosynthesisandextracellularavailabilitythroughTLR2signalling［J］.FoodFunct，2021，12（8）：3597-3610.

［9］ZHENGXF，HUANGWT，LIQB，etal.MembraneproteinAmuc_1100derivedfromAkkermansiamuciniphilafacilitateslipolysisandbrowningviaactivatingtheAC3/PKA/HSLpathway［J］.MicrobiolSpectr，2023，11（2）：e0432322.

［10］鄧思思，陳靜，劉雪，等.嗜黏蛋白阿克曼菌及Amuc＿1100對(duì)高脂飲食聯(lián)合鏈脲佐菌素誘導(dǎo)的糖尿病大鼠的保護(hù)作用［J］.四川大學(xué)學(xué)報(bào)（醫(yī)學(xué)版），2022，53（1）：83-91.

［11］WADEH，PANKC，DUANQH，etal.AkkermansiamuciniphilaanditsmembraneproteinamelioratesintestinalinflammatorystressandpromotesepithelialwoundhealingviaCREBHandmiR-143/145［J］.JBiomedSci，2023，30（1）：38.

［12］SATOHA，HANSI，ARAKIM，etal.CREBHimprovesdiet-inducedobesity，insulinresistance，andmetabolicdisturbancesbyFGF21-dependentandFGF21-independentmechanisms［J］.iScience，2020，23（3）：100930.

［13］BIANXY，WUWR，YANGLY，etal.AdministrationofAkkermansiamuciniphilaamelioratesdextransulfatesodium-inducedulcerativecolitisinmice［J］.FrontMicrobiol，2019，10：2259.

［14］GUZY，PEIWL，SHENYH，etal.AkkermansiamuciniphilaanditsouterproteinAmuc_1100regulatestryptophanmetabolismincolitis［J］.FoodFunct，2021，12（20）：10184-10195.

［15］WANGLJ，TANGL，F(xiàn)ENGYM，etal.ApurifiedmembraneproteinfromAkkermansiamuciniphilaorthepasteurisedbacteriumbluntscolitisassociatedtumourigenesisbymodulationofCD8+Tcellsinmice［J］.Gut，2020，69（11）：1988-1997.

［16］CORETTIL，CUOMOM，F(xiàn)LORIOE，etal.Subgingivaldysbiosisinsmokerandnon-smokerpatientswithchronicperiodontitis［J］.MolMedRep，2017，15（4）：2007-2014.

［17］HUCKO，MULHALLH，RUBING，etal.AkkermansiamuciniphilareducesPorphyromonasgingivalis-inducedinflammationandperiodontalbonedestruction［J］.JClinPeriodontol，2020，47（2）：202-212.

［18］MULHALLH，DICHIARAJM，DERAGONM，etal.Akkermansiamuciniphilaanditspili-likeproteinAmuc_1100modulatemacrophagepolarizationinexperimentalperiodontitis［J］.InfectImmun，2020，89（1）：e00500-e00520.

［19］DINGY，BUF，CHENT，etal.Anext-generationprobiotic：Akkermansiamuciniphilaameliorateschronicstress-induceddepressive-likebehaviorinmicebyregulatinggutmicrobiotaandmetabolites［J］.ApplMicrobiolBiotechnol，2021，105（21/22）：8411-8426.

［20］CHENGRR，XUWJ，WANGJC，etal.TheoutermembraneproteinAmuc_1100ofAkkermansiamuciniphilaalleviatesthedepression-likebehaviorofdepressedmiceinducedbychronicstress［J］.BiochemBiophysResCommun，2021，566：170-176.

［21］SUNY，ZHUHY，CHENGRR，etal.OutermembraneproteinAmuc_1100ofAkkermansiamuciniphilaalleviatesantibiotic-inducedanxietyanddepression-likebehaviorinmice［J］.PhysiolBehav，2023，258：114023.

［22］CHENGRR，ZHUHY，SUNY，etal.ThemodifiedoutermembraneproteinAmuc_1100ofAkkermansiamuciniphilaimproveschronicstress-inducedanxietyanddepression-likebehaviorinmice［J］.FoodFunct，2022，13（20）：10748-10758.

［23］梁曉華.一種腸道益生菌外膜蛋白的表達(dá)、純化及活性研究［D］.蘇州：蘇州大學(xué)，2019.

［24］TWAROGC，F(xiàn)ATTAHS，HEADEJ，etal.Intestinalpermeationenhancersfororaldeliveryofmacromolecules：acomparisonbetweensalcaprozatesodium（SNAC）andsodiumcaprate（C（10））［J］.Pharmaceutics，2019，11（2）：78.