磷酸丝氨酸磷酸酶B通过调控色氨酸代谢促进吲哚向吲哚-3-乳酸转化及其在合生元增效作用中的机制研究

《Applied Microbiology and Biotechnology》：Phosphoserine phosphatase B facilitates indole metabolism to indole-3-lactic acid

　　本研究针对肠道菌群如何代谢吲哚生成具有肾脏保护作用的吲哚-3-乳酸（ILA）这一科学问题，通过构建Tn5转座子突变库筛选发现，磷酸丝氨酸磷酸酶B（PSP）和色氨酸合成酶α链（TrpA）是Bifidobacterium bifidum YIT 10347代谢外源吲哚生成ILA的关键酶。研究证实合生元（益生菌+低聚半乳糖）可协同增强ILA产量，为通过微生物代谢干预治疗慢性肾病提供了新靶点。

　　

在人体复杂的肠道微生态中，约40万亿微生物通过代谢活动产生多种影响宿主健康的关键分子。其中，色氨酸代谢产物尤其受到关注——某些代谢物如吲哚-3-乳酸（ILA）能激活芳香烃受体（AhR），发挥免疫调节和肠道屏障保护作用；而另一条代谢路径产生的吲哚会被肝脏转化为硫酸吲哚酚（IS），成为导致慢性肾病（CKD）恶化的尿毒症毒素。尽管已知部分双歧杆菌能将外源吲哚转化为ILA，且与低聚半乳糖（GOS）组成的合生元可增强这一过程，但其分子机制始终是未解之谜。

为揭示这一黑箱机制，Yakult中央研究所的Konishi Hiroaki团队在《Applied Microbiology and Biotechnology》发表研究，首次证实磷酸丝氨酸磷酸酶B（PSP）和色氨酸合成酶α链（TrpA）是调控吲哚向ILA转化的关键开关。研究人员通过构建2685个Tn5转座子突变株进行筛选，发现serB基因（编码PSP）和trpA基因突变株的ILA产量显著降低。进一步实验显示，添加外源丝氨酸可恢复PSP缺陷株的ILA生成能力，说明PSP通过促进丝氨酸合成驱动代谢流。在模拟肠道环境的粪便悬浮培养基中，B. bifidum YIT 10347与GOS联用产生协同效应，使ILA产量显著提升，这种增效作用与菌体通过GOS强化糖酵解、增加丝氨酸合成底物密切相关。

关键技术方法包括：①利用人粪便悬浮培养基模拟肠道环境进行厌氧共培养；②通过Tn5转座子突变技术构建基因突变库并筛选功能缺失株；③采用液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）精准定量吲哚和ILA浓度；④应用定量PCR（qPCR）监测菌群动态变化。

代谢能力差异揭示菌株特异性

研究人员首先评估了12种双歧杆菌模式菌株的吲哚代谢能力，发现其可分为高转化能力组（如B. animalis、B. breve）和低能力组（如B. adolescentis）。值得注意的是，同属B. bifidum的YIT 10347与YIT 4039T菌株表现迥异，提示该特性具有菌株特异性而非物种普遍性。

合生元协同增效的肠道模拟验证

在人类粪便悬浮培养基中，单独添加B. bifidum YIT 10347并未显著提升ILA产量，但与GOS组成合生元后，ILA浓度出现统计学显著的交互增效效应（p<0.001）。qPCR检测显示合生元组总双歧杆菌数量增加，但特定菌株数量未显著变化，说明GOS可能通过代谢调控而非单纯促进菌体增殖来增强功能。

基因筛选锁定关键酶PSP与TrpA

通过转座子突变库筛选，研究人员获得两个关键突变株：克隆#1216（trpA基因突变）的ILA产量降至野生型的6.4%，克隆#2215（serB基因突变）降至50%。测序证实转座子分别插入trpA（编码TrpA）和serB（编码PSP）基因区域，PCR扩增显示突变株扩增片段因转座子插入而增长。

丝氨酸回补实验验证代谢通路

在PSP缺陷株#2215的培养中添加外源丝氨酸后，ILA产量恢复至野生型水平（p<0.05），而吲哚浓度无变化。这一结果明确PSP通过催化3-磷酸丝氨酸去磷酸化生成丝氨酸，进而为TrpA/TrpB复合物提供底物，最终完成吲哚到色氨酸再到ILA的转化。

该研究首次绘制出双歧杆菌通过PSP-TrpA轴代谢吲哚的完整路径：GOS促进糖酵解产生3-磷酸甘油酸，经磷酸丝氨酸途径生成丝氨酸，再由TrpA与TrpB将吲哚和丝氨酸合成色氨酸，最终通过芳香族乳酸脱氢酶（ALDH）转化为ILA。这一发现不仅解释了合生元增效作用的分子基础，更为开发靶向肠道菌群代谢的慢性肾病干预策略提供了理论依据。通过精准调控PSP/TrpA活性，有望实现降低毒素IS、增加保护性ILA的双重目标，为代谢性疾病治疗开辟了新视角。