沈 男，劉 毅，蓋中濤*

(1.濟南大學 山東省醫(yī)學科學院 醫(yī)學與生命科學學院，山東 濟南 250022；2.山東大學齊魯兒童醫(yī)院， 山東 濟南 250022)

肥胖是由遺傳和環(huán)境因素共同作用引發(fā)的疾病，常伴隨體內多器官新陳代謝的功能紊亂。據世界衛(wèi)生組織統(tǒng)計，自1980年以來，世界范圍內的肥胖人數已增加1倍以上，且不論是在發(fā)達國家還是發(fā)展中國家，其發(fā)病率都在逐年上升，為社會增添了沉重的醫(yī)療和經濟負擔[1]。此外，肥胖還可以增加2型糖尿病、心血管疾病以及非酒精性脂肪肝，甚至一些惡性腫瘤的發(fā)病風險和病死率[2]。目前，肥胖已經成為全球最受關注的健康問題。盡管臨床上已經通過飲食、運動、手術或藥物治療等方面取得了良好效果，但仍未有一個長期有效的治療或預防措施可以消除肥胖的發(fā)生與發(fā)展。近10年，隨著腸道微生態(tài)學研究的進展，以及高通量測序技術的應用，腸道菌群與肥胖的相關性已經明確，其中，嗜黏蛋白阿克曼氏菌(Akkermansiamuciniphila)在肥胖的發(fā)生、發(fā)展及其預后中發(fā)揮著極其重要的作用，可能在以后肥胖的干預和預防中提供一個嶄新的方向和潛在的靶向途徑。

1 Akkermansia muciniphila(A.muciniphila)

1.1 A.muciniphila基本生物學特征

A.muciniphila隸屬疣微菌門，最初由健康成人的糞便分離而得，是一種革蘭陰性厭氧菌[3]。在相差顯微鏡下，菌體呈橢圓形，非運動，無芽孢，其長軸隨培養(yǎng)基質的不同而改變，波動于0.6～1.0 mm[4]。生長方式多為單個或成對，極少呈鏈狀，但常呈聚集態(tài)，菌體間可見半透明的物質層。增殖的最適溫度為37 ℃，最適pH為6；可在20～40 ℃或pH 5.5～8.0增殖，倍增時間約1.5 h[4]。

1.2 A.muciniphila相關基因

A.muciniphila的全部基因組由一環(huán)狀染色體構成，A.muciniphilaATCC BAA- 835的基因組測序顯示，長度2 664 102 bp，G+C含量占55.8%[5]?；蚪M中包含大量編碼分泌蛋白的基因(2 176個開放閱讀框中占567個)，其中61個基因參與編碼蛋白酶、糖水解酶、唾液酸酶和硫酸酯酶[6]；對比已注釋的基因發(fā)現(xiàn)，該菌可合成所有20種標準氨基酸，以及重要的輔酶因子和維生素[7]；還可以代謝多種糖類，如半乳糖、纖維二糖、果糖和蜜二糖[5]。這些重要的功能為A.muciniphila在腸道黏液層中分解黏蛋白提供了極佳的條件。

1.3 A.muciniphila的代謝、定植和分布

腸道黏液層中含有豐富的黏蛋白，它們高度糖基化，為A.muciniphila的生存和增殖提供了必需的營養(yǎng)物質。除此之外，黏蛋白也可以作為A.muciniphila唯一的碳源、氮源和能量來源，并在酵解過程中產生乙酸鹽、乙醇、丙酸鹽和硫酸鹽[4]。所以，即便沒有維生素的參與，A.muciniphila也可以在僅含黏蛋白的培養(yǎng)基中培養(yǎng)和純化。A.muciniphila廣泛分布于人類和動物的腸道黏液層中，可在90%以上的健康成人中檢出；同時也是腸道高豐度共生菌之一，通過熒光原位雜交技術測得其構成腸道微生物總量的1%～5%[6]。A.muciniphila的腸道定植相對晚于雙歧桿菌和乳酸桿菌，但在新生兒時期已開始定植，并迅速繁殖，于1歲內達健康成人水平(108個/g)，在年老時逐漸降低[8]。在腸道不同部位，A.muciniphila的定植量也不盡相同。無菌鼠模型定植A.muciniphila后，通過對回腸、盲腸和結腸3個部位分別進行16S rRNA定量PCR技術測定確切其菌種豐度，顯示盲腸是A.muciniphila定植最多的地方，也是黏蛋白產生最多的地方[8]。

1.4 A.muciniphila定植途徑和定植位置

目前，關于A.muciniphila通過結合何種物質定植在黏液層中仍存在不同的結論。A.muciniphila與黏液或黏蛋白息息相關，卻未曾在其蛋白質組中發(fā)現(xiàn)可結合黏液或黏蛋白的典型結構域，由此有學者推測A.muciniphila并非是依靠結合與其關系極其親密的黏液或黏蛋白而定植腸道。在一項體外實驗中，A.muciniphila強黏附于體外培養(yǎng)的Caco- 2和HT- 29結腸細胞系，卻并不黏附于結腸黏液；也可黏附于細胞外基質蛋白成分中的層連蛋白，而不黏附于膠原蛋白Ⅰ型、膠原蛋白Ⅳ型、纖連蛋白和胎球蛋白[6]。但從12例患者(7例結腸癌，5例潰瘍性結腸炎)結腸中分離出的黏蛋白均可被A.muciniphila黏附[9]。且當A.muciniphila定植無菌鼠后，在腸道檢測到該菌都和腸上皮細胞保持50 μm以內的距離[8]。這些實驗得出的不同結果或許和物種的不同、實驗環(huán)境各異和檢測方法不一等有關，對此仍需進一步考證。

1.5 A.muciniphila的耐氧性

生理情況下，定植于黏液層的A.muciniphila常常暴露于腸上皮細胞釋放的少量氧氣中。 既往因A.muciniphila在無還原劑的培養(yǎng)基上不能增殖，就一直認為其是一種嚴格的厭氧菌。但近來研究發(fā)現(xiàn)，相對于完全厭氧的環(huán)境，A.muciniphila能夠在含有毫微摩爾濃度氧氣的環(huán)境中增加其增殖速率和代謝物產量，同時也具有一定的還原能力(2.26 mU/mg總蛋白)[10]。通過光譜測量發(fā)現(xiàn)A.muciniphila的基因組中存在細胞色素bd1 (Amuc_1695)和bd2 (Amuc_1694)基因，在接觸氧氣后上調轉錄、表達。細胞色素bd復合體功能相當于其呼吸作用中的終末氧化酶，可以在呼吸作用中有效的利用氧氣，減少活性氧(ROS)危害[10]。即使在正?？諝庵?，A.muciniphila依然可以存活48 h。這微弱的氧氣利用能力或許是A.muciniphila在黏液層中與其他嚴格厭氧菌競爭的絕對優(yōu)勢。

2 A.muciniphila與肥胖

肥胖是由于能量的正向平衡所致的，即攝入的能量超過所消耗的量。所以，高脂飲食(high-fat diet，HFD)是肥胖發(fā)生的最重要病因，也是肥胖中研究最多的環(huán)境因素。高脂飲食可以降低腸道緊密連接蛋白的表達，提高腸道的通透性，從而增加腸道革蘭陰性菌產生的內毒素進入血液循環(huán)，導致代謝內毒素血癥和長期低度炎性反應狀態(tài)，該過程對于肥胖的發(fā)生和發(fā)展至關重要[11]。因此，HFD和腸道菌群在肥胖的生理病理中緊密聯(lián)系。

2.1 動物實驗

首先，A.muciniphila的豐度和肥胖是呈負相關的。給予10周齡的C57BL/6雄性鼠高脂飲食(脂肪含量占60%)8周，通過檢測盲腸中菌群豐度發(fā)現(xiàn)，A.muciniphila的豐度降低了100倍[12]。其后的相關實驗也得出一致的結論，且還發(fā)現(xiàn)在飲食誘導的肥胖小鼠中，A.muciniphila的豐度改變與脂質代謝和炎性反應標志物的表達以及一些循環(huán)指標(如葡萄糖、胰島素、三酰甘油和瘦素等)明顯相關[13]。相反，在CD1新生小鼠中，相比對照組，蛋白質-能量營養(yǎng)不良的小鼠具有豐度更高的A.muciniphila[14]。其次，在給予A.muciniphila干預的小鼠，可以顯著改善高脂飲食誘導的代謝紊亂，包括脂肪量獲得、代謝性內毒素、脂肪組織炎性反應和胰島素抗性，從而緩解了肥胖的發(fā)生發(fā)展[12]。迄今，有關A.muciniphila在抑制肥胖過程中的作用仍未完全明確，但已有部分機制被闡明。A.muciniphila可以修復并更新受損的黏液層，增加其厚度，通過改善腸道的通透性，減少了代謝性內毒素的吸收。同時，A.muciniphila還可以增加腸道的內源性大麻素2-花生四烯酸甘油(2-arachidonoylglycerol 2-AG)水平，其可以減少循環(huán)炎性因子水平，也可以減輕體內的代謝性內毒素血癥[12]。不僅如此，在近期的一項研究中，通過口服A.muciniphila的CREBH-null鼠還可以增加其肝臟中低密度脂蛋白受體和載脂蛋白E的表達，促進循環(huán)系統(tǒng)內殘留的富含三酰甘油的脂蛋白(triglyceride-rich lipoprotein,TRL)、乳糜微粒和中間密度脂蛋白的清除，從而明顯改善高三酰甘油血癥[15]。A.muciniphila及其代謝產物丙酸鹽也參與調節(jié)細胞脂質代謝的多種轉錄因子和基因的表達，如空腹誘導脂肪因子(fasting-induced adipose factor, FIAF)、G蛋白偶聯(lián)受體43(Gpr43)、組蛋白去乙酰化酶(histone deacetylases,HDACs)和過氧化物酶體增殖物激活受體γ(peroxisome proliferator-activated receptor gamma, PPARγ)，它們都是轉錄因子調控、細胞周期控制、脂質分解和飽腹感的重要調節(jié)者[16]。A.muciniphila的這些效應都是建立在活菌的基礎之上，高溫滅菌后的A.muciniphila不具備上述作用。在A.muciniphila的分子結構研究中，外膜蛋白Amuc- 1100*可以通過TLR- 2受體信號傳導通路改善高脂飲食誘導的高膽固醇血癥、胰島素抗性和腸道屏障功能[17]；其分泌的細胞外囊泡也可以降低結腸上皮促炎細胞因子IL- 6的產生，緩解結腸壁炎性細胞的浸潤，從而降低了循環(huán)系統(tǒng)內炎性因子的濃度水平，也在一定程度上緩解了肥胖的進展[18]。

2.2 人體實驗

與動物實驗結果相似，在超重或肥胖的個體中，A.muciniphila的豐度也是降低的，而且在肥胖的亞臨床階段已經表現(xiàn)出A.muciniphila豐度的降低[19]。近期一項肥胖和糖尿病飲食干預的研究表明，超重和肥胖的受試者中A.muciniphila的豐度與空腹血糖、腰臀比以及脂肪細胞直徑呈負相關；具有高豐度A.muciniphila的受試者也表現(xiàn)出更健康的代謝狀態(tài)，尤其在空腹血糖、三酰甘油和體脂分布方面；且在熱量限制飲食后6周，具有高豐度A.muciniphila的受試者血糖和血脂有更好的改善[20]。在臨床治療方面，腸道中A.muciniphila的豐度與肥胖患者的質量減輕是息息相關的，且還可以作為肥胖患者減肥成功與否的一項常規(guī)指標。在一項對33例肥胖患者進行為期3個月飲食干預的研究中，通過16S rDNA實時定量PCR方法對糞便微生物測序，發(fā)現(xiàn)質量減輕后的A.muciniphila豐度較質量未減輕前明顯增加[21]。此外，在近期的一項研究中，通過選擇16名肥胖患者進行為期1年的減肥療程(包括低熱量飲食、運動和行為療法等)后再繼續(xù)跟蹤隨訪1年，并分別在干預前、1年后以及2年后對其糞便標本進行DNA鳥槍法測序，同樣證明了肥胖患者質量減輕后的A.muciniphila豐度顯著增加，且結束干預的1年后，這些干預措施所改變的腸道菌群結構及豐度已逐漸回到干預前的狀態(tài)，除了A.muciniphila的豐度依然保持穩(wěn)定[22]。這些發(fā)現(xiàn)均說明A.muciniphila的豐度代表著肥胖水平改善的程度，且A.muciniphila的豐度較其他腸道共生菌更相對穩(wěn)定。在肥胖的外科治療中，Roux-en-Y胃旁路手術(RYGB)是對于病態(tài)肥胖實現(xiàn)持續(xù)減肥的有效手段，在術后質量減輕和代謝改善的同時，腸道菌群的多樣性也明顯增加并維持1年以上，其中A.muciniphila的豐度增加顯著[23]，但該菌在術后減輕質量效應中的具體機制目前還需要進一步的研究。此外，A.muciniphila還參與了一些臨床藥物的作用機制。二甲雙胍作為2型糖尿病的一線治療藥物，尤其適用于肥胖的2型糖尿病患者，有研究顯示，口服二甲雙胍在降低患者血糖的同時，還可以提高腸道A.muciniphila的豐度，從而緩解了患者的肥胖狀態(tài)[24]。相對于動物實驗，A.muciniphila在人體中的研究非常少，其安全性也未有明確的驗證，但已有小樣本試驗表明人體口服合成培養(yǎng)基上增殖的或巴氏滅菌后的A.muciniphila是相對安全的[17]。

3 A.muciniphila的相關飲食

腸道菌群受飲食的影響，A.muciniphila也不例外。在相關飲食的研究中，鮮食葡萄可以增加腸道內A.muciniphila的豐度并減少體內的脂肪含量和肝臟的脂肪合成[25]；藍莓中的紫檀芪(pterostilbene)可以改變腸道菌群的組成向更健康的菌群結構轉化，并在Zucker大鼠中發(fā)現(xiàn)其具有的抗肥胖效應與A.muciniphila豐度增加相關[26]；膳食多酚(dietary polyphenols)可以促進腸道中A.muciniphila的生長并拮抗高脂飲食誘導的代謝綜合征[27]；龍舌蘭(agave salmiana)及其提取物皂苷(saponin)在C57BL6鼠中也可以增加腸道A.muciniphila的豐度并逆轉肥胖和肝臟的脂肪變性[28]。這些相關飲食或許可以為肥胖的患者提供一個更優(yōu)的飲食成分比例，也可能為飲食治療肥胖提供一個新的方向。

4 問題與展望

目前A.muciniphila的研究已經涉及多種系統(tǒng)疾病，如肥胖、糖尿病、自閉癥、酒精性脂肪肝以及冠狀動脈硬化等，但其主要集中于代謝性相關疾病，而且研究對象多局限于動物。其次，雖然尚未有研究發(fā)現(xiàn)A.muciniphila對動物或人體產生不良的效應，且有可能成為下一代益生菌的候選者，但其在人體的安全性仍缺乏更多的數據的支持，所以A.muciniphila是否可以成為臨床所用的有益菌目前仍處于研究階段。在以后的研究中，更多的A.muciniphila相關疾病會被逐漸發(fā)現(xiàn)，在疾病中的作用機制也會被逐漸認知。在以后的臨床活動中，通過檢測腸道A.muciniphila豐度的改變輔助相關疾病的診斷及分型，或通過增減腸道新靶向A.muciniphila的豐度而實現(xiàn)某疾病的精準治療也都將成為可能。