抗生素影响宿主代谢健康的新机制: Akkermansia muciniphila 的变异效应

《Microbiome》:Antibiotic-associated changes in Akkermansia muciniphila alter its effects on host metabolic health

【字体: 时间:2025年02月10日 来源:Microbiome 13.8

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  为探究抗生素改变的肠道微生物群与慢性病之间的机制联系,研究人员开展了 “抗生素相关的 Akkermansia muciniphila 变异对宿主代谢健康的影响” 研究。结果发现青霉素会筛选出 A. muciniphila 变异体,其缓解宿主肥胖的能力受损且在全球人类微生物群中普遍存在。该研究揭示了抗生素影响宿主健康的新机制1211

  在现代社会,各种慢性疾病的发病率如同火箭般蹿升,这让全球的科研人员们操碎了心。经过深入研究,大家发现肠道微生物群的改变,就像是一个隐藏在暗处的 “健康杀手”,极有可能是导致这些慢性疾病的重要因素。工业化和城市化的进程不断加快,我们的生活环境发生了翻天覆地的变化,而这也使得肠道微生物群逐渐 “改头换面”。其中,抗生素的广泛使用,从 20 世纪 40 年代青霉素大规模生产开始,就像一把双刃剑,在杀死有害细菌的同时,也对肠道微生物群造成了深远的影响。然而,抗生素改变后的肠道微生物群与慢性疾病之间到底是如何 “勾结” 的,这中间的详细机制一直是个未解之谜。
为了揭开这个神秘的面纱,韩国大学(Korea University)的研究人员 Yumin Han、Teh Min Teng、Juwon Han 和 Heenam Stanley Kim 等人勇敢地踏上了探索之旅。他们开展了一项关于 “Antibiotic?associated changes in Akkermansia muciniphila alter its effects on host metabolic health” 的研究,最终的研究成果发表在了《Microbiome》杂志上。这项研究意义重大,它为我们理解抗生素影响宿主健康的机制提供了全新的视角,就像在黑暗中点亮了一盏明灯,让我们朝着解决慢性疾病问题的方向又迈进了一步。

在研究过程中,研究人员运用了多种先进的技术方法。首先是高通量测序技术,它就像一个强大的 “基因解码器”,能够对 A. muciniphila 的基因组进行全面而深入的分析,帮助研究人员找到那些隐藏在基因中的变异秘密。接着是小鼠模型实验,研究人员通过构建饮食诱导的肥胖小鼠模型,模拟人类的肥胖情况,来观察 A. muciniphila 变异体对宿主健康的影响,这就像是为研究搭建了一个微观的 “人体试验场”。还有定量实时 PCR 技术,它能精确地测量基因的表达水平,让研究人员清楚地了解到基因在不同条件下的 “活跃程度”。

下面来详细看看研究结果:

  • A. muciniphila 变异体的筛选:研究人员将从健康个体分离出的 A. muciniphila 菌株(HM1)暴露在致死剂量的青霉素 G 下,就像一场残酷的 “生存挑战”。经过这场挑战,他们成功筛选出了变异体。通过对变异体基因组的测序分析,发现其中一些变异体的 TEM 型 β - 内酰胺酶基因(β -lactamase gene)启动子发生了突变,还有一些变异体的嘌呤生物合成途径(de novo purine biosynthesis pathway)相关的 pur 基因出现了突变。这些突变就像是基因中的 “小恶魔”,改变了 A. muciniphila 的特性34
  • 变异体的特性变化:携带 TEM 型 β - 内酰胺酶基因启动子突变的变异体(p*-βL),其 TEM 型 β - 内酰胺酶基因的基础表达水平显著提高,就像给这个基因的 “音量” 调大了。这使得它对 β - 内酰胺类抗生素的敏感性降低,展现出了更强的 “抗药性”。而携带 pur 基因(如 purF、purM)突变的变异体,生长速度明显变慢,仿佛被戴上了沉重的 “脚镣”。通过转录组分析还发现,这些变异体的基因表达谱发生了显著变化,许多与细胞代谢、转录和翻译相关的基因都受到了影响,它们的生理功能也随之发生了改变56
  • 变异体对宿主肥胖的影响:为了探究这些变异体对宿主健康的影响,研究人员在小鼠模型上进行了一系列实验。他们给小鼠喂食高脂肪饮食,诱导小鼠肥胖,然后分别给这些肥胖小鼠灌胃不同的 A. muciniphila 菌株,包括野生型菌株、变异体菌株等。结果发现,与野生型菌株相比,携带 pur 基因突变的变异体(PurF、PurM)和 p*-βL 变异体在减轻小鼠体重、改善葡萄糖耐量和减少脂肪沉积方面的能力明显下降。这表明这些变异体就像 “叛变” 的士兵,失去了原本帮助宿主抵抗肥胖的能力78
  • 变异体在人类微生物群中的全球分布:研究人员还对 A. muciniphila 变异体在全球人类微生物群中的分布情况进行了研究。他们通过搜索 NCBI 数据库,发现携带 TEM 型 β - 内酰胺酶基因启动子突变和 pur 基因变异的 A. muciniphila 菌株在全球不同地区都有出现,这意味着这些变异体可能在全球范围内对人类健康产生影响,就像一颗隐藏在暗处的 “定时炸弹”,随时可能引发健康问题910

研究结论和讨论部分指出,这项研究揭示了一种全新的机制,即抗生素通过筛选 A. muciniphila 变异体,影响其对宿主的有益能力,进而间接损害宿主健康。这些变异体在全球人类微生物群中的广泛存在,暗示着它们可能与慢性疾病的全球流行有着密切的联系。然而,目前对于这些突变导致宿主有益能力下降的具体机制还不完全清楚,仍需要进一步深入研究。同时,这些变异体在肠道环境中的生存和竞争能力,以及它们对宿主健康的长期影响,也都有待进一步探索。这项研究为我们理解抗生素、肠道微生物群和慢性疾病之间的关系提供了重要的线索,就像在黑暗的迷宫中为我们找到了一条可能通向出口的道路,为未来开发诊断和治疗肥胖及相关代谢疾病的新方法奠定了基础,也为全球慢性疾病的研究和防治带来了新的希望。

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