Cell子刊：便秘患者新希望！翟齐啸/张家超/黄适揭示改善便秘的关键肠菌遗传因子

胃肠运动障碍与肠道生态失调有关。益生菌，如双歧杆菌，可以改善这种肠道疾病。然而，这种疗效是菌株依赖的。

2023年11月21日，江南大学食品学院翟齐啸教授、海南大学食品科学与工程学院张家超教授和香港大学牙医学院黄适教授共同通讯（张程程是第一作者）在Cell Host & Microbe在线发表题为“A key genetic factor governing arabinan utilization in the gut microbiome alleviates constipation”的研究论文，该研究确定了长双歧杆菌中的遗传因子，即控制阿拉伯聚糖利用的abfA簇会影响对功能性便秘（FC）的治疗效果。在携带FC的小鼠中，长双岐杆菌，而不是abfA突变体，改善了胃肠道转运时间，这种影响依赖于饮食中的阿拉伯糖。在其他共生菌中发现了abfA基因，其改善小鼠FC的作用同样依赖于abfA。

在一项双盲、随机、安慰剂对照的临床试验中，补充携带abfA簇的长芽胞杆菌，而不是abfA缺乏的菌株，丰富了阿拉伯人的利用，增加了有益的代谢物，改善了FC症状。在人类队列中，abfA簇丰度可以预测FC，并且将富含abfA簇的人类微生物群移植到FC诱导的无菌小鼠中可以改善肠道运动。总的来说，这些发现证明了微生物abfA簇在改善FC中的作用，为基因组学指导的益生菌治疗建立了原则。

功能性便秘(FC)是一种全球普遍存在的人类肠道疾病，全球患病率为10.1%-15.3%。它的特征是反复出现的少便、排便困难或排便不完全，与心血管疾病、帕金森病、精神障碍、婴儿自闭症和结直肠癌有关。

胃肠动力受损与肠道微生物生态失调有关，其特征是有益微生物的丰度显著减少，其中一些通常被称为益生菌(如双歧杆菌、乳酸菌和乳酸杆菌等)。因此，口服益生菌被广泛用于缓解FC。之前对15项随机对照临床试验的荟萃分析报告称，使用益生菌可使大便频率增加0.98次/周，并使整个肠道运输时间缩短13.75小时。益生菌摄入可导致肠道微生物发酵终产物的改变，如短链脂肪酸(SCFAs)，其与宿主免疫系统和肠神经系统相互作用，改善胃肠道(GI)运动。

机理模式图（图源自Cell Host & Microbe）

然而，益生菌对FC的治疗效果往往在同一物种的不同菌株之间存在很大差异由于难以捉摸的机制，益生菌的合理选择仍然是医疗保健专业人员和患者的挑战。人们普遍认为，微小的基因组变异通常会导致体内不同的益生菌功能特征。因此，确定这些功能性益生菌菌株特有的关键遗传因子具有科学和临床意义。然而，这样做所需的实验数量是十分庞大的。该研究确定并系统地描述了阿拉伯糖利用的关键遗传因素，解决了益生菌领域的一个关键挑战，即益生菌治疗功效中广泛但未知的菌株特异性。从技术上讲，这个概念验证研究也为合理开发可定植的功能性益生菌建立了可推广的原则，这些益生菌在多种模式生物中具有持久的治疗效果。

从本质上讲，基因组中含有abfA簇的设备通过创造代谢生态位来稳定生产抗FC的有益代谢物，从而为摄入的益生菌健康提供了优于其他肠道定植菌的优势。此外，它在肠道微生物群中非常普遍，可以作为FC和其他GI相关疾病的简单而强大的生物标志物。另一方面，研究人员也强调了检测和挽救人类肠道微生物群中用于消化膳食纤维(如abfA簇)的沉默遗传缺陷在对抗许多其他根本无法解决的慢性疾病或肠道微生物失调中的重要性。总之，该研究强调了鉴定和表征决定益生菌治疗胃肠道疾病疗效变异性的关键遗传因素的重要性和必要性。

原文链接：

https://www.cell.com/cell-host-microbe/fulltext/S1931-3128(23)00415-8.