人肠道内质粒和噬菌体编码的生物活性抗菌肽：宏转录组-病毒组图谱揭示其与代谢性疾病的潜在关联

《Microbial Ecology》：Bioactive Plasmid- and Phage-Encoded Antimicrobial Peptides (AMPs) in the Human Gut: A Metatranscriptome–Virome Profiling Reveals Exploratory Links to Metabolic Human Diseases

本研究针对肥胖及代谢综合征（MetS）相关的肠道菌群失调机制，通过宏转录组与病毒组联合分析，首次系统挖掘了人肠道中由质粒和噬菌体编码的活性抗菌肽（AMPs）。研究发现6种差异表达的AMPs（源自染色体、质粒和噬菌体）与肥胖/MetS显著相关，其中噬菌体编码的AMP 3020经实验验证具有广谱抗菌活性且无T细胞毒性。该研究揭示了移动遗传元件作为新型AMP库的生态调节功能，为 microbiome-targeted 干预策略提供了新靶点。

　　

随着全球儿童肥胖问题日益严峻，与之相关的代谢综合征（MetS）——如高血糖、血脂异常和高血压——已成为重大公共卫生挑战。墨西哥尤为突出，近五分之一的学龄儿童患有肥胖，其中许多可能伴有未确诊的代谢异常。近年研究发现，肠道微生物群落的失衡（dysbiosis）与肥胖及MetS密切相关，而作为微生物界“暗物质”的噬菌体（bacteriophages）和质粒（plasmids）如何通过编码生物活性分子参与这一过程，却鲜为人知。抗菌肽（AMPs）作为宿主和微生物产生的一类小分子防御肽，既能直接杀伤病原体，又能调节菌群结构，但其在疾病相关失调中的具体作用，尤其是由移动遗传元件编码的AMPs是否在肠道中活跃表达并影响生态，仍是未解之谜。

为此，墨西哥国立自治大学（UNAM）等机构的研究团队在《Microbial Ecology》上发表论文，通过整合宏转录组（metatranscriptomics）和病毒组（virome）分析，首次系统描绘了人肠道中由质粒和噬菌体编码的活性AMPs图谱，并探索其与肥胖/MetS的关联。研究不仅发现了一批在疾病状态下过度表达的AMPs，还通过体外实验验证了其抗菌功能与生物安全性，为理解微生物间相互作用及开发微生态干预策略提供了新视角。

研究的关键技术方法包括：对8名墨西哥儿童（2名正常体重NW、3名肥胖O、3名肥胖伴MetS OMS）的粪便样本进行RNA测序，经质量过滤、rRNA及宿主序列去除后，使用Trinity进行de novo组装，筛选小开放阅读框（smORFs <100 aa）；通过Macrel、AxPEP和AMP Scanner V2三种算法预测AMPs，并结合同源序列比对、基因组共线性（synteny）及前噬菌体（prophage）分析确定其来源；利用DESeq2进行差异表达分析；通过16S rRNA测序数据计算AMPs与菌群的相关性；合成候选肽并测试其抗菌活性及对人T细胞的毒性。

1. Identification and taxonomic classification of AMP-encoding smORFs of the gut microbial transcripts

研究人员从粪便宏转录组数据中组装出51,087条转录本，筛选出1,095个稳定表达的小开放阅读框（smORFs），经多工具预测及严格过滤后，最终获得51个高置信度AMP候选物。其中86.3%源自细菌（以Faecalibacterium prausnitzii为主），13.7%与病毒组相关（主要为有尾噬菌体目Caudovirales），另有一个来自质粒，表明移动遗传元件是肠道AMP的重要来源。

2. Widespread transcription of AMPs differentially expressed in O and OMS

差异表达分析发现6个AMPs在O或OMS组中显著上调（2个在O，4个在OMS），其基因组背景包括染色体、质粒和噬菌体。这些AMPs在独立队列（372例美国成人宏转录组）中广泛存在（检出率9.8%~98.4%），提示它们是人类肠道微生物组中保守且活跃表达的分子。

3. Chromosomal and Plasmid-encoded AMPs exhibit a conserved gut AMP repertoire across taxa

染色体编码的AMP 3076和AMP 2526分别在Escherichia coli和Romboutsia中高度保守；而AMP 8200在Phocaeicola dorei的染色体和质粒上均有发现，RNA读段映射证实其转录主要来自质粒，且质粒整体转录活跃，凸显质粒作为AMP传播载体的潜力。

4. AMPs encoded in bioactive phages suggest the presence of phage-host dynamics

AMP 3020、AMP 8681和AMP 5245与噬菌体蛋白高度同源。通过病毒样颗粒（VLP）DNA测序和RNA映射，证实AMP 3020和AMP 5245的转录主要源于游离噬菌体而非细菌染色体；AMP 8681的来源尚不明确，反映了噬菌体-宿主间动态的基因交流。

5. Correlation analysis links AMPs expression with bacterial taxa

AMPs表达与菌群丰度相关性分析显示：多数上调的AMPs与健康相关菌（如Akkermansia muciniphila、Christensenellaceae）负相关，而与肥胖相关菌（如Colidextribacter）正相关，提示AMPs可能通过抑制有益菌、间接促进肥胖相关菌增殖参与肠道失调。

6. Experimental Validation of Phage-Encoded AMP 3020: Broad-Spectrum Antibacterial Activity without detectable T-Cell Toxicity

合成噬菌体编码的AMP 3020变体（ADR1含起始甲硫氨酸，ADR2不含）后，体外实验表明两者对革兰阴性菌（Pseudomonas aeruginosa、Klebsiella pneumoniae）和革兰阳性菌（Staphylococcus aureus、Streptococcus pneumoniae）均有抑制活性，且对人T细胞（CD3⁺、CD4⁺、CD8⁺）无毒性，证实其具广谱抗菌性和生物安全性。

研究结论指出，本研究通过宏转录组-病毒组联合分析，揭示了肠道中由质粒和噬菌体编码的AMPs在肥胖/MetS中存在差异表达，且与菌群结构变化显著相关。实验验证证实噬菌体来源的AMP 3020具备抗菌功能且不损伤宿主免疫细胞，说明移动遗传元件是新型AMP的宝库，可能通过调控微生物互作影响疾病发生。尽管样本量有限，相关性分析仅为初步探索，但该工作首次将活性表达的移动元件AMPs与代谢疾病联系起来，为后续在更大队列及机制模型（如无菌动物）中验证其生态调节功能奠定了基础，也为开发以AMP为靶点的微生态疗法提供了新思路。