翻车?Akk无效护肠!江南大学田耀旗:少了“菌群搭子”,减脂抗衰全是空谈!
提到肠道健康与抗衰老,益生菌界的“当红炸子鸡”——Akk菌你一定不陌生!它在改善肥胖、糖尿病、增强免疫力等方面的潜力,让它圈粉无数。
然而,即便再强大,有时也需要得力“伙伴”的协助才能发挥最大的效能。
近期,来自江南大学的研究团队在《iScience》上的一项研究发现:Akk能通过一种精妙的机制,调动肠道中另一群常被忽视的“少数派”微生物——真菌,改善由高脂高胆固醇饮食引发的脂肪肝问题,为干预因脂质代谢失衡引发的衰老提供了新方向。
虽然有效……但?
先简单回顾一下Akk菌(Akkermansia muciniphila)。作为人体内肠道菌的一种,它能在我们肠道里啃食黏液,顺便产生有益代谢物[2]。过往研究均表明,Akk能加速伤口愈合,修复肠粘膜,改善代谢紊乱,减少炎症,甚至是给鼠鼠“+1s”,具有延寿潜力。
本次研究,Akk菌依旧是常规操作:护肝抗炎?那必须是基操!
改善肝脏脂肪堆积
肝脏脂肪堆积不仅影响代谢,还是与年龄相关的器官功能衰退的表现之一,来看看Akk的调理大法:小鼠体内那些又肿又白,质地还有些小油腻的问题肝脏,在Akk作用下,肉眼可见地恢复了健康的红润光泽和正常大小,与健康肝脏更为接近。
图注:Con组为正常肝脏,Mod组为问题肝脏
平息炎症
不仅“美颜”肝脏,Akk消炎也是毫不手软:经Akk干预后,血液循环、肝脏与肠道中的促炎因子(TNF-α、IL-1β、IL-6)水平均出现降低,负责抑制炎症、保护组织作用的IL-10水平则蹭蹭上涨……这一降一升,炎症想不消都难!
图注:Con组为正常肝脏,Mod组为问题肝脏
调节免疫
要知道,肠道作为人体最大的免疫器官[3],其免疫环境的健康至关重要,它可以有效阻止有害物质(如细菌内毒素)泄漏入血,减轻肝脏等器官的炎症负担。
而Akk似乎还拥有更全面的方法来强化这道防线:Akk不仅能改变肠道T细胞的组成与状态,而且还能提升多种关键的调节性T细胞(Tregs)亚群的比例,从而维持免疫稳态,抑制过度炎症反应。
图注:Con组为正常肝脏,Mod组为问题肝脏,右四张小图为Tregs的不同亚群
虽然Akk菌的这些“基操”已经足够亮眼,但本次研究的真正高光时刻却聚焦在一个常被我们忽视的角色:我们体内的蘑菇(bushi)—真菌。
真菌才是神助攻!
肠道真菌群包括念珠菌与酿酒酵母等等,虽然仅占肠道微生物总量的0.1%[4],但它们却能以数种方式维持肠道微环境的稳态。比如和我们肠道黏膜的免疫细胞相互作用,调节免疫平衡[5];或是参与分解难消化物质(如膳食纤维),产生短链脂肪酸(SCFAs),影响宿主的能量代谢[6]。
既然真菌在肠道微生态里也这么有戏份,那当明星益生菌Akk驾到时,它跟这些真菌之间,又会擦出怎样的火花?
真菌群落结构大洗牌
扒拉了小鼠粪便的真菌群落后,科学家们发现,Akk对真菌群落整体结构进行了一次深度“重塑”,原本经过高脂高胆固醇饮食而鱼龙混杂的菌群,在Akk调理下,虽然丰富度与多样性双双下降,但却更接近健康小鼠的状态。
图注:Akk干预使得真菌群落的丰富度与多样性发生变化(Con为对照、Mod为问题组)
具体来说,一些“臭名昭著”的真菌势力受到了沉重打击:有害真菌如镰刀菌属(Fusarium,能引发肥胖小鼠脂代谢紊乱)、毛枝霉属(Trichocladium)、马拉色菌属(Malassezia)、索利科酵母属(Solicoccozyma)等真菌(均与炎症、肿瘤发生相关)的丰度降低。
与此同时,其他一些真菌的丰度也发生了变化。例如某些有益或中性真菌如Meyerozyma(迈耶罗酵母属)或Saccharomycopsis(糖化酵母菌属)在Akk组中丰度有所增加。
代谢产物丰度变化
菌群组成的改变,势必会引起肠道代谢产物的变化,在Akk菌成功重塑肠道真菌群落之后,科学家们惊喜地发现,肠内抗脂小能手——α-酮异戊酸(α-KIVA)的水平在Akk组中的丰度明显升高。
图注:综合代谢物概览图,血清、粪便LDA分析均明确指出,α-酮异戊酸是区分Akk治疗组与模型组的关键差异代谢物
所以,初步的机制推测是:Akk 菌介入重塑真菌群落,提升了肠道内 α-酮异戊酸水平,最终改善宿主健康。 听起来还挺顺,但还有个悬案仍待解决:是Akk亲自下场合成?还是存在其他微生物在此过程中发挥了协同作用?
为了揭开α-酮异戊酸身世之谜,科学家们在体外构建了一个模拟肠道微环境的实验场景:将从人体粪便中分离的微生物群(包含细菌和真菌)、Akk菌以及结肠类器官(模拟肠道上皮细胞)进行共培养,以观察它们之间的相互作用及代谢产物变化。
在这种共培养体系中,Akk菌再次展现了其强大的“促健康”综合实力:肠道上皮的隐窝形成增加(表明修复能力增强),调节性T细胞比例上升(维持免疫稳态),真菌组成发生积极变化,α-酮异戊酸、甘氨酰亮氨酸等有益代谢物的水平提升一气呵成。
图注:con为仅有类器官组,vehicle组是类器官+完整的粪便微生物群组,akk为在vehicle基础上额外添加akk菌
然后是排除实验,科学家们引入了抗真菌药物氟康唑,清除了共培养体系中的真菌,然后再加入Akk菌……结果令人震惊。
在真菌缺席的情况下,即便Akk菌在场,它之前那些有益的“促健康效果”均大打折扣:结肠类器官隐窝形成的能力减弱、肠道上皮修复受阻、免疫调节能力下降、α-酮异戊酸水平也未能像之前那样升高,含量与对照并无差异(想单靠Akk搞定一切……还真有点难)。
图注:Con'为仅有类器官组,vehicle'组是类器官+完整的粪便微生物群组,akk'为在vehicle基础上额外添加akk菌(3组均添加抗真菌药物氟康唑)
看来Akk菌需要真菌的配合,才能有效提升α-酮异戊酸水平,有效维护肝细胞健康并延缓因脂质代谢失衡、线粒体β-氧化超负荷(氧化应激)引发的组织衰老[7](平时真的有必要吃点类似菠菜、芦笋之类富含纤维的蔬菜来保护一波肠道真菌了!)。
肠道、肝脏健康,我全都要!
既然作为改善脂肪肝的核心武器之一,我们最后再来深挖一下α-酮异戊酸本身,它是如何发挥这一神奇作用的?
它是一种支链氨基酸(缬氨酸)的代谢中间产物。既往研究表明,其与改善能量代谢、减少肥胖以及调节细胞增殖等生理过程相关。本项研究的突破性在于,它首次将α-酮异戊酸与Akk菌、真菌以及肝脏健康相联系,赋予了它在特定益生菌作用机制中一个重要的角色。
首先,作为Akk菌间接调控的产物,它能反映肠道的微生态变化(Akk菌通过影响真菌群落改变其丰度)。其次,它本身就有减轻肝脏脂肪堆积的强大能力(与油腻肿大的肝脏相比,补充了α-酮异戊酸的小鼠,其肝脏颜色更红润,体积也更接近正常组)。
图注:Con为对照组,Mod组为脂肪肝组
更深层次的基因表达分析表明,补充了α-酮异戊酸后,小鼠从原本倾向于储存、堆积脂肪的状态,切换至更倾向于加速燃烧分解脂肪的状态:其肝脏中与从头合成(如ACC1, FASN)、脂质摄取相关(SREBP-1c, PPARγ)的基因表达水平下调,脂肪酸氧化相关基因(如CPT1α)表达水平上调。
图注:Con为对照组,Mod组为脂肪肝组
基因表达的变化,背后还得归功于经典的PI3K/Akt信号通路(细胞存活、代谢和寿命调控)。
科学家们发现,α-酮异戊酸能使得该通路的关键蛋白(p-PI3K, p-Akt)磷酸化水平上升,同时降低参与脂质合成的关键转录因子如SREBP-1c和PPARY的蛋白水平,最终达到改善脂肪肝的效果。
图注:Con为对照组,Mod组为脂肪肝组
经过上述层层剖析,这个由Akk菌 → 真菌 → 真菌产生/促进α-酮异戊酸 → α-酮异戊酸激活肝脏PI3K/Akt通路 → 改善脂肪肝预防衰老的完整链条也已清晰,它给我们展示了由Akk通过调控包括真菌在内的肠道微生态系统,间接产生有益代谢物保护肝脏的新机制。
或许未来,在肠道抗衰的研究上,还得从更宏观的角度出发,协同调控肠道中的不同微生物(细菌和真菌),甚至直接利用由特定真菌产生的关键代谢产物(比如α-酮异戊酸),开发出特定真菌与Akk菌结合的产品,以此作为干预脂肪肝、肥胖乃至衰老等问题的新策略。
[本文的名称是《Akkermansia muciniphila ameliorates fatty liver through microbiota-derived α-ketoisovaleric acid metabolism and hepatic PI3K/Akt signaling》,发表于《iScience》期刊,通讯作者是江南大学食品学院田耀旗教授。第一作者是Chang Liu。本研究资助来源:中国博士后科学基金 (2024M761182),中国博士后科学基金会(CPSF)博士后研究人员资助计划(GZB202402791),江苏省优秀博士后人才资助计划(2024ZB2091)]
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