在人体肠道这个神秘的 “小宇宙” 里，住着数不清的微生物，它们与人体健康息息相关。其中，阿克曼氏菌（
Akkermansia muciniphila）作为肠道黏膜层的 “常住居民”，主要以黏蛋白这种复杂的糖蛋白为碳源。然而，它究竟是如何利用自身的 “工具”—— 碳水化合物活性酶（CAZymes）来分解黏蛋白的，一直是个未解之谜。而且，肠道微生物群在健康和疾病中的作用至关重要，黏蛋白的分解过程与疾病的关联也尚未完全明晰，这就像一团迷雾，笼罩着科研人员的探索之路。为了拨开这团迷雾，来自英国伯明翰大学、丹麦技术大学等多个研究机构的研究人员踏上了探索之旅，他们的研究成果发表在《Nature Microbiology》杂志上。
研究人员采用了多种关键技术方法。首先是 RNA 测序（RNA-seq），通过对在不同底物上生长的阿克曼氏菌进行 RNA 测序，分析其基因表达情况，从而找出参与黏蛋白降解的相关酶基因 。其次，运用多种色谱技术和质谱技术，如液相色谱 - 荧光检测 - 电喷雾 - 质谱联用（LC-FLD-ESI-MS）、高效阴离子交换色谱 - 脉冲安培检测（HPAEC-PAD）等，对酶解产物进行详细分析，确定糖类的释放和聚糖片段的结构 。此外，还进行了全细胞测定、酶动力学分析等实验，从不同角度深入探究酶的活性和作用机制。
下面来看看具体的研究结果：
- 体内研究：通过 RNA 测序发现，阿克曼氏菌在利用猪胃黏蛋白 III（PGMIII）时，有 20 种 CAZymes 和 4 种硫酸酯酶编码基因上调。全细胞测定显示，阿克曼氏菌表面的酶能产生一系列黏蛋白 O - 聚糖片段，且对多种寡糖有活性。
- AM CAZymes 可降解至核心 GalNAc：基因组编码的两种假定 GH31 酶之一 Amuc1008GH31对核心 α-GalNAc 连接的肽有特异性，当使用 AM 酶混合物时，能从 PGMIII 中释放 GalNAc，表明 AM 酶可完全降解 O - 聚糖至多肽。
- 水解 α - 连接的半乳糖：AM 基因组编码的多种酶，如 GH110、GH27、GH36、GH97 家族的酶，能够去除 PGMIII 中 α - 连接的半乳糖，虽然量相对较少，但证实了这些酶的作用。
- 水解 α - 连接的 GalNAc：GH36 和 GH109 家族的酶对 α - GalNAc 封端结构有活性，其中 Amuc0216GH36能作用于多种含 α - GalNAc 修饰的底物，且是唯一能降解 Tn 抗原的酶。
- 水解 α - 连接的 GlcNAc：两种假定的 GH89 酶 Amuc0060和 Amuc1220GH89中，Amuc1220GH89能从 PGMIII 中去除相对大量的 GlcNAc。
- 水解唾液酸和岩藻糖：AM 的三种唾液酸酶和六种岩藻糖酶能作用于多种底物，且发现了它们新的特异性，有助于更详细地探究黏蛋白聚糖结构。
- 组合内切和外切 CAZymes：通过一系列顺序反应，发现 Amuc1220GH89、Amuc0216和 Amuc0517GH36等酶能作用于 GH16 衍生的 O - 聚糖片段，进一步明确了不同酶的作用底物和顺序。
- 研究 β - 半乳糖苷酶活性：筛选出的 β - 半乳糖苷酶对多种底物有不同的特异性，且能作用于经不同 AM CAZymes 处理后的 PGMIII，释放出半乳糖。
- 研究 β - HexNAc 活性：GH20 家族等编码的 β - HexNAcases 对多种底物有活性，且能对经顺序处理的 PGMIII 中的特定聚糖进行分解，还能作用于宿主聚糖结构。
- 处理硫酸化底物：鉴定出 12 种潜在硫酸酯酶，确定了它们对不同硫酸化底物的活性，以及与其他酶协同作用分解硫酸化 Lewis 结构的方式。
- AM 与 GAGs、N - 糖蛋白和淀粉的相互作用：AM 虽不能直接在测试的糖胺聚糖（GAGs）上生长，但其基因组编码的酶对部分 GAGs 有活性；AM 能在高甘露糖 N - 糖蛋白上生长，并利用其蛋白质成分。
研究结论表明，阿克曼氏菌的 CAZymes 具有强大的降解能力，能够协同作用，将黏蛋白 O - 聚糖完全降解至核心 N - 乙酰半乳糖胺（GalNAc） 。这一研究成果意义重大，它为我们理解肠道微生物群成员阿克曼氏菌的降解能力提供了全面的资源，有助于深入探究肠道微生物与宿主之间的复杂关系。同时，也为未来研究不同个体的糖组差异、开发新的糖工具以及监测健康和疾病组织中黏蛋白 O - 聚糖的变化等方面奠定了坚实的基础。然而，该研究也存在一定的局限性，如使用猪胃黏蛋白代替人黏蛋白，且未在微生物群落和宿主环境中研究阿克曼氏菌。但这也为后续研究指明了方向，期待未来能在这些方面取得更多突破，进一步揭示肠道微生物与人体健康之间的奥秘。
生物通微信公众号
