4月9日，中國科學院分子細胞科學卓越創(chuàng)新中心（生物化學與細胞生物學研究所）宋昕陽研究員受邀在國際學術期刊Cell Host & Microbe上發(fā)表了題為："Phyto-metabolites on guard: role of gut microbial deglycosylation”的科學評述（Preview），對近期發(fā)表在Cell期刊上題為："Functional diversification of dietary plant small molecules by the gut microbiome”的研究進行了點評。

日常膳食纖維的充分攝入與人體健康息息相關。比如，結(jié)構復雜的膳食纖維多糖可經(jīng)過腸道微生物的水解與發(fā)酵（hydrolysis and fermentation）形成具有免疫調(diào)節(jié)與能量供給功能的短鏈脂肪酸（short-chain fatty acids），包括乙酸，丙酸及丁酸等。除膳食纖維多糖以外，蔬果等植源性食物還富含次生代謝產(chǎn)物（plant secondary metabolites, PSMs）。這些PSM分子包括植物通過自身糖基轉(zhuǎn)移酶催化形成的單酚或多酚類糖苷化合物（monophenolic or polyphenolic glycosides）。當這些植物糖苷經(jīng)機體攝入后，其β-或α-糖苷鍵可被特異性水解，從而釋放出結(jié)構多樣的糖苷配基（aglycones）。擬桿菌（Bacteroides）是人體腸道中占主導地位的革蘭氏陰性細菌，攜帶有豐富的碳水化合物活性酶系統(tǒng)（carbohydrate-active enzymes, CAZymes）。這些CAZymes包括糖苷水解酶（glycoside hydrolases，GHs），多糖裂解酶（polysaccharide lyases）及碳水化合物酯酶（carbohydrate esterases）等組分。以擬桿菌為代表的共生菌CAZymes已被報道廣泛參與膳食纖維多糖及宿主粘液素多糖的水解過程。然而，腸道共生微生物是否參與到植物糖苷的水解過程，不同菌株間CAZymes是否存在功能差異，其相關水解產(chǎn)物是否具有生物活性，這些問題仍是領域內(nèi)的未解之謎。

近期，來自美國波士頓兒童醫(yī)院的Seth Rakoff-Nahoum教授團隊取得相關突破性研究進展。他們采用多組學結(jié)合的研究手段揭示了腸道擬桿菌的植物糖苷水解途徑，并初步探索了相關糖苷配基類代謝產(chǎn)物對病原微生物及宿主免疫系統(tǒng)的調(diào)控作用。該研究發(fā)現(xiàn)，不同門類的腸道共生菌對植物糖苷表現(xiàn)出差異化的代謝能力，而擬桿菌是其中的典型代表。借助轉(zhuǎn)座子插入測序（transposon insertion sequencing, Tn-seq）等技術手段，研究團隊解析了擬桿菌屬中不同菌株植物糖苷水解能力差異的分子機制，揭示了不同菌株利用糖苷水解酶GH16或GH3家族完成植物糖苷水解的差異化策略。研究還進一步闡明了不同糖苷配基產(chǎn)物的結(jié)構特性與生理功能，初步驗證了擬桿菌代謝產(chǎn)生的酚類糖苷配基具有抗菌活性和免疫調(diào)節(jié)作用。這項工作創(chuàng)新性地構建了“植物糖苷-微生物酶系統(tǒng)-宿主調(diào)控”的研究框架，拓展了我們對于共生微生物糖苷水解酶的底物選擇性及其生物學功能的認知，為基于微生物CAZymes的腸道穩(wěn)態(tài)調(diào)控及疾病靶向治療提供了重要的理論依據(jù)。

分子細胞卓越中心宋昕陽組博士生羅孟濘為本文的第一作者，宋昕陽研究員為通訊作者。該項工作得到中國科學院B類先導專項、中國科學院“未來伙伴網(wǎng)絡專項”、科技部國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金委以及上海市科委等部門的經(jīng)費支持。

腸道擬桿菌通過糖苷水解酶產(chǎn)生具有抗菌或抗炎活性的植物次級代謝分子

文章鏈接: https://www.cell.com/cell-host-microbe/abstract/S1931-3128(25)00094-0