嗜黏蛋白阿克曼菌在腸道穩態及腸道相關疾病中作用的研究進展

朱貝貝 吳 昊 朱小琴 余保平

腸易激綜合征、炎癥性腸病、腸道腫瘤等疾病現有的治療手段欠佳。研究發現，腸道微生物群紊亂是這些疾病的重要致病因素之一，補充益生菌或糞菌移植則可能預防或治療上述疾病[1］。A.muciniphila是一種屬于疣微菌門的益生菌，通過代謝黏蛋白、調節腸道黏液層，在管腔和上皮細胞之間的黏膜界面上發揮重要調節作用[2］。多種腸道疾病患者腸黏膜的A.muciniphila定植水平較健康人群明顯下降[3］。目前相關的研究多聚焦于A.muciniphila與腸道疾病的相關性上，仍需要更多的研究來深入探討其臨床益處及作用機制?；诖?，本文總結了A.muciniphila相關研究的最新發現，就A.muciniphila的特征、分布、調節宿主腸道穩態及在腸道疾病中的作用及機制進行綜述。

1 A.muciniphila的發現及其生物學特性

2004 年，荷蘭瓦格寧根大學微生物實驗室的Anton DL Akkermans 博士首次從一名健康成人糞便中分離出了一株高度豐富的黏液降解菌株，并以Akkermansia muciniphila命名該細菌[5］。A.muciniphila是疣微菌門在人類腸道中的第一個菌屬，也是該門唯一的人體共生菌[2］。它屬于革蘭氏陰性菌，外觀呈橢圓形，由莢膜聚合物組成絲狀結構，有菌毛但無鞭毛和芽孢。該細菌在靠近腸黏膜的黏液層中定植，可以在微需氧條件下生長，使它與腸道中其他嚴格厭氧菌競爭時具有優勢[2］。A.muciniphila喜好高pH 值和高含量黏蛋白的環境，而在低pH 值或低含量黏蛋白的腸道中，它的生長則受到抑制[2］。

A.muciniphila廣泛存在于人類和動物的胃腸道中，嬰兒出生后一年內A.muciniphila便穩定地定植于腸道黏液層，并且豐度達到健康成人水平，約占腸道總菌群的3%～5%，老年后該細菌的豐度會隨時間的推移而逐漸降低[1］。A.muciniphila主要定植在口腔、胰腺、膽道系統、小腸、闌尾和大腸中，其中在盲腸中有效定植最高，推測原因可能是由于大部分的黏蛋白在盲腸中產生[2］。A.muciniphila將黏蛋白降解為碳、氮等能源，為宿主產生寡糖和短鏈脂肪酸（short chain fatty acids，SCFA），如乙酸鹽和丙酸鹽等，為腸上皮細胞提供能量和營養支持[6］。在腸道中，A.muciniphila主要通過其菌毛、細胞外囊泡、黏蛋白降解酶（如Amuc_2109）、外膜蛋白（Amuc_1100）等活性成分，在宿主腸道中定植并發揮作用[6］。此外，A.muciniphila還能利用菌毛定植在結腸黏膜層，參與調節宿主免疫反應與腸道屏障功能[6］。

2 A.muciniphila在腸道穩態中的作用

2.1A.muciniphila與腸黏膜屏障 文獻表明A.muciniphila在維持腸屏障功能功能中發揮著重要作用：①A.muciniphila保護腸道黏液屏障。例如，A.muciniphila在腸的黏液層中定殖，并參與黏蛋白的降解和合成[6］。深入研究發現A.muciniphila口服給藥可恢復結腸炎小鼠黏液層厚度，增加杯狀細胞（主要合成和分泌黏蛋白）的數量，并增加黏蛋白2 的表達[7］。②A.muciniphila促進緊密連接蛋白的表達。在葡聚糖硫酸鈉（dextran sulfate sodium，DSS）誘導的小鼠結腸炎模型中，口服活的A.muciniphila可以促進腸道緊密連接蛋白（如Tjp1、ZO-2 和Occludin）的表達[8］。A.muciniphila的一些細胞成分，例如細胞外囊泡、Amuc_1100、Amuc_2109 也被證明可以通過增加緊密連接蛋白及相關基因的表達改善腸道屏障[3］。③A.muciniphila影響腸道生長速度，并在損傷后增加腸上皮細胞，甚至是腸干細胞的增殖[9］。有研究表明，A.muciniphila刺激結腸傷口附近腸上皮細胞的增殖和遷移，并加速腸干細胞介導的上皮細胞發育[9］。A.muciniphila還通過Wnt/β-catenin 信號通路，直接導致受損腸干細胞的恢復和增殖[10］。④A.muciniphila可以促進腸道中抗菌肽（包括Lyz1、DefA 和Reg3g）的基因表達來改善腸道屏障功能，并進一步調節其他微生物菌群[11］。

綜上，無論A.muciniphila以活的菌株還是巴氏滅菌形式，甚至是細胞外囊泡和Amuc_1100 等活性成分，文獻中所有的數據都表明該細菌通過各種形式作用于不同的信號分子來加強腸道屏障。盡管A.muciniphila是一種黏液降解菌，但事實上，這種細菌的存在使腸道產生了更多的黏液，導致黏膜層厚度增加，并產生與緊密連接相關的更多蛋白質，并刺激腸上皮更新，調節抗菌因子的表達增加腸道屏障功能。

2.2A.muciniphila與腸道代謝功能 近些年，A.muciniphila介導的代謝產物（如SCFA 和色氨酸衍生物）對腸屏障的影響引起了廣泛的關注。腸上皮細胞的能量和營養支持主要由SCFA 提供，其中丁酸鹽是主要的能量來源，SCFA 受體拮抗劑可減少上皮發育。一項研究表明，A.muciniphila可促進SCFA（包括乙酸、丙酸和丁酸）的分泌[9］。A.muciniphila的關鍵代謝產物SCFA 是細胞外信號分子，它與相應受體結合激活第二信使，從而促進下游信號[2］。例如，A.muciniphila產生的丙酸鹽與腸上皮細胞上的G 蛋白偶聯受體43 結合，在宿主中觸發信號轉導級聯反應[2］。SCFA 還影響腸道免疫細胞，并通過多種炎癥相關蛋白復合物調節免疫反應[12］。例如，A.muciniphila產生的丙酸鹽調節A.muciniphila定殖小鼠的免疫應答，維持抗炎/促炎平衡[12］。另一項研究發現，A.muciniphila調節色氨酸代謝，激活腸道中的芳基烴受體，進一步發揮屏障保護作用[13］。此外，A.muciniphila促進膽汁酸鹽的攝取，動物實驗表明，A.muciniphila可上調小鼠回腸中膽汁酸合成相關基因（如ASBT、IBABP 和OSTβ）的表達，可能有利于腸道微生物群結構的重塑[14］。

另有研究表明，A.muciniphila可能會增加腸道菌群多樣性，有助于保持腸道微生物群的平衡，調節厚壁菌門和擬桿菌門比例的變化[15］?？赡苁怯捎贏.muciniphila在黏蛋白降解過程中誘導低聚糖和SCFA 的產生[16］。這些代謝產物可以刺激微生物群相互作用和宿主反應，例如低聚糖和乙酸鹽刺激定植在黏液層附近的細菌的生長和代謝活動[17-18］。因此，有理由推測A.muciniphila代謝產物可能與腸上皮細胞、免疫細胞、腸道其他微生物群相互作用形成復雜的網絡，維持腸道代謝穩態。然而，目前研究有限，需要更多的實驗來揭示這一復雜的關系網。

2.3A.muciniphila與腸道免疫功能A.muciniphila誘導了多種腸道免疫應答相關途徑，參與趨化性和補體級聯反應，以及部分先天性免疫應答，還促進了細胞粘附、B 細胞和T 細胞的成熟，在維持腸道免疫穩態中具有重要作用。補充A.muciniphila可以降低DSS 誘導結腸炎小鼠促炎細胞因子的表達，例如腫瘤壞死因子-α、白介素1α、白介素6、白介素12、巨噬細胞炎性蛋白1α、粒細胞集落刺激因子和趨化因子C-X-C 配體1[2-3］。研究人員還發現，A.muciniphila調節巨噬細胞及其產生的炎性小體的表達，緩解腸道急性炎癥[19］。A.muciniphila口服給藥減少了結腸炎小鼠脾臟和腸系膜淋巴結中的CD16/32 陽性巨噬細胞浸潤[19］。

此外，Derrien 等[20］發現，在無菌小鼠中植入A.muciniphila后，宿主腸道組織中的750 個基因表達發生了顯著變化，其中的大多數基因在免疫反應中發揮作用，包括T 細胞受體、B 細胞受體、核因子kB，因此調節抗炎免疫功能。報道稱，巴氏殺菌的A.muciniphila和Amuc_1100 都可以減少CD8 細胞毒性T 淋巴細胞（cytotoxic tlymphocyte，CTL）在結腸的浸潤，從而緩解CTL 介導細胞因子加重的結腸炎癥[19］。A.muciniphila也與 Toll 樣受體4 表達呈正相關，并通過增加RORγt+調節T 細胞的比例來增強免疫反應，從而抑制Toll 樣受體4γ 誘導的小鼠結腸炎癥[21］。另一篇報道稱，A.muciniphila可以恢復CD4 陽性T 細胞中調節性T 細胞（regulatory cells，Tregs）的百分比和數量，并預防小鼠結腸炎[22］。A.muciniphila還可以增加免疫球蛋白A（immunoglobulin A，IgA）的表達水平，尤其是在建立屏障功能中起重要作用的B細胞來源的IgA[20］?？偠灾?，A.muciniphila對宿主的免疫系統有調節作用，其調節抗炎免疫功能的分子機制和A.muciniphila激活的靶點需要在未來進一步研究。

3 A.muciniphila在消化道疾病中的作用

3.1A.muciniphila與腸易激綜合征 許多研究強調，腸道微生物群平衡的顯著破壞與腸易激綜合征（irritable bowel syndrome，IBS）的病因有關[23］。一項關于IBS 患者微生物群組成分析的研究顯示，與健康個體相比，便秘型IBS 患者的A.muciniphila相對豐度增加，且與慢傳輸型便秘個體的高患病率有關[24］。而與IBS 不同的是，多數疾病例如炎癥性腸病，A.muciniphila的豐度明顯低于健康人群[25］。Presti 等通過分析炎癥性腸病和IBS 中A.muciniphila16S rRNA 基因的遺傳多樣性，推測特定的宿主因素以及與微生物群本身的其他物種的相互作用導致的遺傳變異，可能有助于解釋A.muciniphila在不同疾病間的豐度及作用差異[26］。

A.muciniphila在IBS 中的作用及機制的研究正在逐步展開。Cruz-Aguliar 等認為A.muciniphila相對高豐度似乎是對機體有利的，該團隊通過IBS 患者糞便微生物群轉移的臨床隊列研究表明，A.muciniphila的相對豐度與疼痛減輕呈負相關，即含有相對高豐度的供體糞菌移植后受體患者的腹痛有所改善[27］。有研究稱A.muciniphila介導短鏈脂肪酸調節內臟傷害感受，降低健康人的內臟疼痛敏感性[28］。該細菌還可以通過增加腸道內源性大麻素和抗菌肽的產生，或通過調節腸道神經肽（如胰高血糖素樣肽1 和2）的內源性產生來增強小鼠的腸道黏膜屏障功能，而這些肽在IBS 患者中下調。另有研究將便秘型IBS 患者的A.muciniphila菌移植給DSS 結腸炎小鼠，導致結腸炎的嚴重程度降低，且促炎細胞因子（干擾素γ、白介素17、腫瘤壞死因子α、白介素1β 和誘導型一氧化氮合酶）的基因表達受到抑制[27］。上述研究表明A.muciniphila參與介導了IBS 患者腸道微生物群的抗炎作用。

3.2A.muciniphila與炎癥性腸病 目前認為炎癥性腸?。╥nflammatory bowel disease，IBD） ，包括潰瘍性結腸炎（ulcerative colitis，UC）和克羅恩?。╟rohn's disease，CD），是遺傳易感個體在尚未明確的環境因素對腸道微生物群的免疫反應過度，導致腸黏膜穩態失衡和組織損傷[29］。研究顯示，A.muciniphila的數量減少與IBD 的發展有關[30］。與健康人群相比，UC 或CD 患者無論是在臨床活動期還是在緩解期，腸道中A.muciniphila均顯著減少。Kump 等在應用糞便菌群移植治療難治性UC 時發現，供體微生物群中高豐度的A.muciniphila似乎有利于糞便微生物群移植的治療反應[31］。此外，在動物實驗中，口服A.muciniphila可以緩解DSS 誘導的小鼠結腸炎癥[32］。這些研究表明，A.muciniphila在腸道中作為一種益生菌發揮保護作用，并可能抑制IBD 的發生發展。

研究認為，A.muciniphila可以通過改善結腸黏膜屏障損傷、重塑腸道菌群、調節炎癥及免疫反應等維持IBD 的腸道穩態[15］。在IBD 患者中觀察到A.muciniphila菌豐度極低的同時其腸黏膜屏障功能減退[25］。在DSS 誘導的結腸炎小鼠模型中，A.muciniphila的給藥通過減輕腸道炎癥指數及結腸壁炎性細胞浸潤，并促進體內腸道微生物群的正?；痆33］。最近的研究表明A.muciniphila通過增加初始T 淋巴細胞分化為Tregs 減輕慢性結腸炎癥[30］。此外，Amuc_1100 膜蛋白通過減少結腸中巨噬細胞和CTL 的浸潤，減少了結腸炎癥[19］。然而少量研究發現A.muciniphila在腸道發揮促進腸炎的作用，其機制可能為A.muciniphila通過擾亂宿主腸道黏液穩態加劇傷寒沙門氏菌誘導的小鼠腸道炎癥[34-35］。此外，A.muciniphila還促進白介素10 基因敲除小鼠誘導的自發性結腸炎[34］。因此，未來仍需要更廣泛的研究來闡明A.muciniphila在IBD 中的臨床作用。

3.3A.muciniphila與腸道腫瘤 研究表明，A.muciniphila從多個方面參與了對結直腸癌（colorectal cancer，CRC） 的抑制作用[30，36-37］。給小鼠灌胃A.muciniphila可抑制Apc 基因突變小鼠（易患CRC 的小鼠）的結直腸腫瘤發生[38］。CRC 小鼠口服A.muciniphila或其外膜蛋白后，降低了腫瘤淋巴結中Tregs 細胞的數量，增加干擾素γ、白介素2 的比例和血清中腫瘤壞死因子α的水平，促進了腫瘤消退[30］。Amuc_1100 可通過誘導CTL 細胞的激活，增加結腸癌細胞的死亡[33］。來自A.muciniphila的另一種重組蛋白Amuc_1434 通過激活腫瘤壞死因子相關細胞凋亡途徑和線粒體凋亡途徑，促進癌細胞的凋亡[39］。此外，A.muciniphila在增加癌癥免疫治療效果方面也具有積極作用。2018年一篇發表在《Science》雜志上的文獻報道了癌癥患者口服A.muciniphila能夠增強靶向PD-1 免疫抑制劑的治療效果，小鼠模型研究發現A.muciniphila主要通過增加CCR1CXCR12CD9 T淋巴細胞募集到腫瘤床中，以白細胞介素-3 依賴的方式恢復免疫治療功效[40］。另有研究表明，A.muciniphila可減少細胞毒性T 淋巴細胞和巨噬細胞表面 PD-1 與腫瘤細胞PD-配體1 的結合，促使更多CTL 細胞識別并殺傷癌細胞，有效地增加機體抗癌的免疫作用[41］。

盡管目前的大多數研究支持A.muciniphila的抗腫瘤作用，少量的研究認為，A.muciniphila 可能在特定的環境中促進CRC的發生。A.muciniphila灌胃給易患CRC 的Apc 突變小鼠后增加了腫瘤數量[42］。但斑疹傷寒沙門氏菌和A.muciniphila同時定植減少了Apc 突變小鼠的腫瘤數量，這表明兩種細菌之間的相互作用影響了腸道腫瘤發展[42］。A.muciniphila致病的真正原因和機制并不明確，所以它是否有促進CRC 的作用存在著爭議。因此，有必要深入研究討論A.muciniphila在CRC 中的作用及機制。

4 總結與展望

在過去十幾年里，A.muciniphila因與人類健康有著積極的關系而受到廣泛關注。充分的證據表明A.muciniphila通過降解腸道黏液層黏蛋白，正反饋刺激腸道黏液更新，維持人類和小鼠腸道機械屏障的完整性。此外，A.muciniphila還參與調節炎癥免疫、維持微生物群平衡以及協調宿主代謝。如今，A.muciniphila已被認為是維持黏液完整性及腸道穩態的關鍵細菌。然而，大多數發現都是基于動物體內和體外研究，未來還需要廣泛的臨床試驗來探究這種細菌的作用以及相關機制。因此，隨著A.muciniphila 的研究逐漸火熱，進一步研究可能會讓我們更好地了解這種細菌，將其作為一種新的腸道疾病治療策略。