Akkermansia muciniphila通过肠道菌群-色氨酸代谢轴改善高脂饮食诱导的代谢综合征的作用机制

《AMB Express》：Akkermansia muciniphila alleviates metabolic disorders through gut microbiota-mediated tryptophan regulation

　　本研究针对高脂饮食（HFD）引发的肥胖、脂肪肝和代谢紊乱等问题，探讨了下一代益生菌Akkermansia muciniphila（A. muciniphila）的干预效果。研究人员通过 zebrafish 模型结合抗生素清除、16S rRNA测序、非靶向代谢组学和qRT-PCR等技术，发现A. muciniphila能重塑肠道菌群，富集Staphylococcus和Vibrionaceae，抑制宿主色氨酸代谢的KP途径，促进微生物依赖的吲哚衍生物（如ILA、5-HIAA）生成，进而激活AhR信号通路，上调IL-22表达，修复肠道屏障并缓解肝脏脂肪变性和慢性炎症。该研究为益生菌干预代谢性疾病提供了新的机制依据。

　　

随着生活水平提高和饮食结构变化，高脂饮食（HFD）的过量摄入已成为肥胖、高脂血症、心血管疾病和代谢综合征的重要诱因。全球成人中代谢功能障碍相关脂肪性肝病（MASLD）的患病率已高达约32%，成为当前最主要的慢性肝病之一。MASLD的发病机制已从传统的“二次打击”假说演变为“多重打击”假说，涉及胰岛素抵抗、内质网应激、炎症反应以及肠道菌群失调导致的细菌移位和内毒素血症等多个环节。在这一复杂网络中，肠道菌群及其代谢产物作为关键调节因子日益受到关注。

Akkermansia muciniphila（A. muciniphila）作为一种存在于黏液层的共生细菌，因其在改善肥胖、2型糖尿病和衰老相关氧化应激方面的潜力而被视为下一代候选益生菌。然而，其如何通过调控肠道菌群与色氨酸代谢的相互作用来缓解代谢紊乱的具体机制尚不明确。为此，张凤丽等人发表在《AMB Express》上的研究，以斑马鱼为模型，深入探讨了A. muciniphila通过肠道菌群-色氨酸代谢-芳香烃受体（AhR）信号轴改善HFD诱导代谢综合征的作用机制。

为开展本研究，作者主要运用了以下关键技术：首先，通过高脂饲料饲喂构建斑马鱼代谢紊乱模型，并设置不同剂量A. muciniphila干预组及抗生素清除肠道菌群对照组；其次，采用16S rRNA高通量测序分析肠道菌群结构和多样性变化；第三，利用非靶向代谢组学（LC-MS）检测肠道内容物中代谢物谱的改变；第四，通过qRT-PCR技术检测肝脏和肠道组织中脂代谢、炎症、凋亡、屏障功能及信号通路相关基因的mRNA表达水平；此外，还运用了组织病理学染色（H&E、AB-PAS）评估肝脏脂肪变性和肠道形态，并通过生化试剂盒检测血清转氨酶（ALT、AST）、内毒素、肝脏抗氧化指标（MDA、T-AOC、SOD）及肠道二胺氧化酶（DAO）活性等。

A. muciniphila改善了HFD诱导的肝脏脂代谢紊乱和氧化应激

研究发现，添加10⁸ cfu/g的A. muciniphila能显著降低HFD引起的肝脏甘油三酯（TAG）和总胆固醇（T-CHO）积累，减少肝内脂肪滴沉积，并降低血清ALT和AST水平，表明其有效缓解了肝损伤和脂肪变性。在分子机制上，A. muciniphila下调了脂合成关键基因PPARγ、C/EBPα、FAS和SREBP-1α的表达，同时增强了肝脏超氧化物歧化酶（SOD）活性，降低了丙二醛（MDA）含量，说明其通过抑制脂质合成和增强抗氧化能力改善肝脏代谢功能。

A. muciniphila减轻肠道炎症和细胞凋亡，增强屏障功能

HFD导致斑马鱼肠道杯状细胞减少、紧密连接蛋白表达下降及慢性炎症反应。A. muciniphila干预后，AB-PAS染色显示杯状细胞数量显著恢复，炎症因子IL-1β表达下调，抗炎因子TGF-β和IL-10表达上升。同时，凋亡相关基因（bax、bid）表达降低，抗凋亡基因bcl-2表达升高，caspase3和caspase9活性下降，表明A. muciniphila有效抑制了HFD诱导的肠道细胞凋亡。此外，肠道屏障基因（muc2、Tjp-1a、claudin1、occludin）及抗菌肽defb11表达上调，血清内毒素水平和肠道DAO活性改善，说明其通过修复化学、机械和免疫屏障功能减轻内毒素血症。

A. muciniphila的代谢保护作用依赖于肠道菌群

通过抗生素清除肠道菌群后，A. muciniphila对HFD引起的体重增加、肝脏和肠道脂肪沉积及组织损伤的改善作用均被消除，证实其益生效应依赖于肠道微生物的存在。

A. muciniphila重塑肠道菌群结构并富集色氨酸代谢相关菌属

16S rRNA测序显示，A. muciniphila干预显著降低了变形菌门（Pseudomonadota）相对丰度，提高了厚壁菌门（Bacillota）比例；在属水平上，Staphylococcus、Vibrionaceae等菌属富集，而Acinetobacter、Massilia等菌属减少。PICRUSt2功能预测提示，A. muciniphila增强了菌群与色氨酸代谢相关的功能。

A. muciniphila调控色氨酸代谢流向，激活AhR信号通路

非靶向代谢组学分析发现，A. muciniphila干预后，肠道中微生物来源的吲哚衍生物（如indole、ILA、IAAld、5-HIAA）水平显著上升，而宿主色氨酸代谢的犬尿氨酸（KP）途径关键酶IDO1、TDO2a表达下降，5-羟色胺（5-HT）通路代谢物减少。这些变化促使色氨酸代谢向微生物依赖的吲哚途径倾斜。进一步地，qRT-PCR显示AhR1和AhR2表达上调，下游细胞因子IL-22表达显著增加，而IL-17呈下降趋势，表明A. muciniphila通过色氨酸代谢物激活AhR-IL-22轴，进而增强肠道屏障功能和抗炎反应。

色氨酸代谢物与特定菌属显著相关

Spearman相关性分析显示，indole、ILA、5-HIAA等有益代谢物与Plesiomonas、Vibrio、Staphylococcus等菌属呈正相关，而5-HT与Massilia、Acinetobacter等菌属正相关，提示A. muciniphila可能通过调控这些菌群影响色氨酸代谢产物的生成。

综上所述，本研究系统阐明了A. muciniphila通过重塑肠道菌群结构，促进微生物依赖的色氨酸代谢，增加吲哚衍生物生成，进而激活AhR信号通路和IL-22表达，最终改善HFD诱导的代谢紊乱、肝脏脂肪变性和肠道屏障损伤的分子机制。这一发现不仅深化了对益生菌作用机制的理解，也为通过靶向肠道菌群-色氨酸代谢轴治疗代谢综合征提供了新的理论依据和潜在策略。未来研究可进一步利用无菌斑马鱼模型、菌群移植和AhR基因敲除等手段验证该通路的具体环节。