江南大学Cell子刊发文：肠道微生物如何帮助缓解便秘

科学家已经确定了益生菌长双歧杆菌中负责改善肠道动力的基因。2023年11月21日发表在《细胞宿主与微生物》杂志上的一个研究小组发现，拥有abfA基因簇的长芽胞杆菌菌株可以通过增强肠道中被称为阿拉伯糖的不可消化纤维的利用来改善便秘。

论文共同通讯作者、江南大学食品学院教授翟齐啸说：“我们建立了遗传变异abfA集群与多种模式生物(包括小鼠和人类)中益生菌长芽胞杆菌关键功能差异之间的因果关系，并提供了单个基因集群如何通过阿拉伯糖代谢影响宿主肠道运动的机制和生态学见解”。

便秘是一种全球普遍存在的肠道疾病，全球患病率为10%至15%。胃肠动力受损与肠道微生物生态失调有关，其特征是有益微生物丰度显著减少，其中一些通常被称为益生菌。因此，口服益生菌已被广泛用于缓解症状。

然而，益生菌对便秘的治疗效果往往在同一物种的不同菌株之间存在很大差异。由于难以捉摸的机制，益生菌的合理选择仍然是医疗保健专业人员和患者的挑战。此外，大多数关于益生菌对肠道运动有益作用的证据主要来自小鼠模型的研究。

论文共同通讯作者、海南大学教授张家超说：“益生菌菌株通常在动物模型中有效，但在人体临床试验中失败，或者在人体中得到的验证很差，转化研究迫切需要基于人类队列的概念验证研究，并结合动物研究的证据。”

翟齐啸、张家超和论文共同通讯作者、香港大学教授黄适着手识别并系统验证外源性益生菌或常驻肠道微生物群影响胃肠道运动的关键遗传因素。从354名年龄在0 ~ 108岁的中国人中分离到185株长双歧杆菌。

从野生长芽孢杆菌菌株的综合文库中，他们发现有效缓解小鼠便秘是由abfA簇调节的。这一关键的遗传因素优先提高了对阿拉伯豆的利用——阿拉伯豆是植物多糖的常见成分，是人类难以消化的纤维，也是正常肠道微生物难以获得的营养来源。

研究人员通过基因敲除实验进一步验证了abfA簇的功能作用。在便秘小鼠中，长梭状芽胞杆菌，而不是abfA突变体，改善了胃肠道运输时间——这一作用依赖于饮食中的阿拉伯糖。

为了确定其改善人类便秘的功能作用，研究人员结合宏基因组学和代谢组学进行了临床试验和人-小鼠粪便微生物群移植实验。在这项双盲、随机、安慰剂对照的临床试验中，补充携带abfa簇的长芽胞杆菌，而不是abfa缺乏的菌株，丰富了利用阿拉伯糖的居民，增加了有益的代谢物，改善了便秘症状。

在人类队列中，粪便微生物组中abfA簇的丰度预测便秘，并且将富含abfA簇的人类微生物群移植到便秘小鼠体内可改善肠道蠕动。值得注意的是，除了长梭菌外，abfA基因/簇在肠道居民中普遍存在，调节小鼠和人类的症状。

作者说，abfA簇是人类便秘的肠道微生物治疗靶点。更广泛地说，结果表明，在筛选益生菌或推断其治疗胃肠道疾病的疗效时，应首先考虑控制益生菌独特代谢能力的遗传因素。

“总的来说，这项研究确定并系统地描述了一个关键的遗传因素，负责阿拉伯糖的利用，解决了益生菌领域的一个关键挑战，即益生菌治疗功效中广泛但未知的菌株特异性。我们的概念验证研究还为合理开发可定植的功能性益生菌建立了可推广的原则，这些益生菌在多种模式生物中具有持久的治疗效果。此外，abfA簇在肠道微生物群中非常普遍，因此可以将其开发为胃肠道疾病的简单而强大的生物标志物。”