肠道微生物中白藜芦醇代谢关键酶的发现及其在疾病治疗中的创新应用

《Cell Reports》：Discovery of an ene-reductase initiating resveratrol catabolism in gut microbiota and its application in disease treatment

推荐阅读！本研究发现人体粪便分离出的 Eggerthella lenta J01 可高效代谢白藜芦醇（RSV）。鉴定出 RSV 还原酶（RER），其可将 RSV 转化为二氢白藜芦醇（DHR）缓解小鼠结肠炎。且健康人肠道菌群中 RER 丰度更高，为相关疾病治疗提供新思路。

　　

研究背景

植物源食物中的天然生物活性化合物与人体健康紧密相关，肠道微生物群对其体内功能影响重大。白藜芦醇（Resveratrol，RSV）是一种源自植物的天然多酚，存在于多种浆果和食物中，具有抗肿瘤、抗炎、抗心血管疾病和抗氧化等多种生物活性。RSV 进入肠道后会被肠道微生物群代谢转化，其代谢产物具有多种药用效果，但能高效代谢 RSV 的肠道微生物及具体机制尚不明确。

发现能高效代谢 RSV 的肠道微生物

研究人员收集健康志愿者粪便样本进行体外培养，发现肠道微生物群可快速代谢 RSV，24 小时内约能处理 180μM 的 RSV。通过富集培养和 16S rRNA 扩增子测序，从人类粪便样本中分离出能高效代谢 RSV 的菌株 Eggerthella lenta J01。经鉴定，该菌株基因组大小为 3,311,593 碱基对（bp），与其他 Eggerthella lenta 菌株存在差异。

鉴定 RSV 代谢的关键酶

采用 RSV 诱导的转录谱，结合 RNA 测序（RNA - seq），研究人员在 E. lenta J01 中发现 LUA64_RS01375 基因编码的蛋白是负责 RSV 代谢的关键酶，命名为 RER。表达纯化 RER 进行体外实验，确定其催化特性。RER 以黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）为辅因子，最适反应条件为 pH = 7.5、温度 = 37°C，对 RSV 的Km?为 1,117 ± 139.0μM，kcat?为 1,748 ± 101.6 s?1，kcat?/Km?值为 1.56 × 106 M?1 S?1 ，且能催化 DHR 转化为 RSV，但kcat?/Km?值较低。RER 对具有两个苯环或长侧链基团的化合物有催化活性，如 trans - 芪、紫檀芪等。

RER - 样酶属于一类独特的 ene - 还原酶

以 E. lenta J01 中 RER 的氨基酸序列为查询序列，通过 BLASTP 搜索和最大似然系统发育分析，发现 RER 酶主要存在于 Actinobacteria 门的五个属中，其中 Eggerthella 属占比最大。构建蛋白质序列相似性网络（SSN），结果表明 RER - 样酶是一类独特的 ene - 还原酶，与已报道的 ene - 还原酶氨基酸序列相似性低，进化关系较远。

RER 的结构和功能特征

利用 AlphaFold 3 预测 RER 与 FAD 的复合结构，并对接底物 RSV。RER 蛋白分子分为 FAD 结合域（FBD）和催化域（CAD），与 3 - 酮类固醇还原酶结构相似度高。通过定点突变和生化分析验证关键氨基酸残基功能，发现多个位于底物结合口袋的关键残基，如 Tyr532、Asn534 等，可影响底物和辅酶的相互作用，对 RER 催化活性至关重要。

DHR 对小鼠结肠炎的缓解作用

给 C57BL/6J 小鼠灌胃 E. lenta、BL21（pET28a）和 BL21（pET28a - RER）菌株，检测其在肠道的定植能力。结果显示，E. lenta 可在小鼠肠道定植 1 天，BL21（pET28a）和 BL21（pET28a - RER）可定植超 48 小时。在结肠炎小鼠模型实验中，同时给予 RSV 和 E. lenta 或 BL21（RER）的小鼠，肠道 RSV 浓度下降更明显，且在结肠中检测到 DHR。这些小鼠的体重变化、疾病活动指数（DAI）评分、血红蛋白浓度、肠道长度、组织学检查及细胞因子水平等指标均表明，E. lenta 和 BL21（RER）代谢 RSV 生成的 DHR 可缓解溃疡性结肠炎的疾病严重程度。

DHR 对结肠炎小鼠肠道微生物组的影响

对不同小鼠组进行 16S rRNA 扩增子测序，发现 DSS 诱导的结肠炎小鼠与野生型对照小鼠肠道微生物组存在差异。在 DSS + E. lenta + RSV 组中，Escherichia - Shigella 属丰度降低，Akkermansia 和 Faecalibaculum 属丰度增加。相关性分析表明，Akkermansia 属与抗炎因子 IL - 17A 和 IL - 22 浓度正相关，Faecalibaculum 属与 DAI 评分和血红蛋白浓度负相关，Escherichia - Shigella 属则相反。此外，rer 基因丰度与 IL - 17A 和 IL - 22 浓度正相关，说明 RSV 可影响结肠炎小鼠肠道微生物组成，有助于缓解疾病症状。

RER 在结肠炎患者和健康个体肠道微生物群中的分布和丰度

分析来自 GMrepo 数据库的健康个体和结肠炎患者的样本，发现 rer+细菌在健康个体和结肠炎患者肠道微生物群中均广泛存在，但健康个体中其相对丰度更高，年龄在 20 - 40 岁的人群以及女性肠道中 rer+细菌丰度相对较高。这表明 rer+细菌可将 RSV 转化为生物活性更强的 DHR。

研究总结

本研究发现 E. lenta J01 编码的 RER 可高效将 RSV 转化为 DHR，在改善肠道炎症方面效果显著。健康个体肠道细菌中 rer - 样基因的丰度明显高于肠炎患者。不过，本研究存在一定局限性，如 DHR 促进抗炎因子表达和分泌的精确分子机制尚不明确，RER 酶及其代谢物 DHR 对肠道微生物群结构的调节方式也有待进一步研究。未来研究可聚焦这些关键问题，为结肠炎治疗策略的开发提供更坚实的理论和实验依据。