人肠道古菌来源的胞外囊泡：揭示其蛋白组与代谢组特征及免疫调节作用

本研究首次系统解析了人类肠道古菌（Methanobrevibacter和Methanosphaera）产生的胞外囊泡（AEVs）的生物学特性。通过多组学分析发现AEVs富含黏附素样蛋白和神经活性代谢物（如谷氨酸、胆碱甘油磷酸），并能被巨噬细胞摄取，诱导CXCL9/CXCL11等趋化因子产生。该研究填补了古菌-宿主互作机制空白，为理解肠道菌群调控免疫和神经功能提供了新视角。

　　

在人体复杂的肠道生态系统中，古菌作为第三生命域的代表长期被忽视。尽管甲烷短杆菌属（Methanobrevibacter）和甲烷球形菌属（Methanosphaera）占肠道微生物组的1.2%，它们如何与宿主及其他微生物互作仍是未解之谜。传统研究聚焦细菌胞外囊泡（BEVs）的通讯功能，而古菌胞外囊泡（AEVs）的研究仅局限于极端环境物种。这种认知空白严重限制了对古菌在肠道健康中作用的全面理解。

奥地利格拉茨医科大学联合英国Quadram研究所的科研团队在《Nature Communications》发表突破性研究，首次揭示四种人肠道古菌（M.smithii ALI、M.smithii GRAZ-2、M.intestini和M.stadtmanae）能产生直径约130 nm的AEVs。通过多学科技术手段，研究者发现这些纳米级囊泡不仅是古菌的"分子邮差"，更可能是调控肠道微环境的关键媒介。

研究采用超速离心结合尺寸排阻色谱纯化AEVs，通过透射电镜和纳米颗粒追踪分析（NTA）表征其物理特性。蛋白质组学采用LC-MS/MS技术，代谢组学通过iHILIC色谱-Q-Exactive Focus质谱联用平台完成。免疫调节实验使用THP-1巨噬细胞和HT-29肠上皮细胞模型，通过Luminex多重检测分析23种细胞因子。

AEV的生物物理特性
电镜观察显示古菌细胞表面和培养上清中存在典型囊泡结构，NTA测定平均粒径130 nm，与细菌EVs相当但产量低10倍。M.intestini的AEVs显著大于其他菌株（p<0.05），暗示物种特异性差异。

蛋白组特征
在229种保守囊泡蛋白中，黏附素/类黏附素蛋白（ALPs）占比高达20%，是细胞膜组分的5倍。这些含IG样结构域的蛋白可能介导古菌-细菌互作，如M.ru_minantium的Mru_1499同源物。特别富集的还有寡肽转运蛋白（OPT）和DUF11结构域蛋白，后者与细胞壁稳定性相关。

代谢组特征
AEVs富含游离谷氨酸（p=0.0276）和天冬氨酸（p=0.0010），这两种神经递质前体可能参与肠-脑轴调控。胆碱甘油磷酸（alpha GPC）的富集提示其对神经退行性疾病的潜在干预价值。水杨酸和草酸的检出暗示AEVs可能参与抗菌和金属离子稳态。

免疫调节作用
DiO标记实验证实巨噬细胞可高效内化AEVs。不同菌株AEVs诱导特异性细胞因子谱：M.smithii GRAZ-2强烈激活CXCL9和IL-6，而M.intestini的AEVs显著上调肠上皮细胞IL-8（>10倍）和CX3CL1。这种菌株特异性反应可能与AEVs表面糖基化模式差异相关。

该研究首次建立人肠道古菌AEVs的研究范式，揭示其通过"分子货物"（如ALPs和神经活性代谢物）参与微生物互作和宿主免疫调控。AEVs中黏附蛋白的异常富集（较细胞膜高5倍）提示其可能作为"分子诱饵"干扰病原体定植。代谢物特征为解释古菌与神经系统关联提供了物质基础，如谷氨酸可能通过迷走神经影响脑功能。未来研究可探索AEVs在便秘、神经退行性疾病等与古菌相关的病理过程中的作用，其作为药物载体的潜力也值得关注。这项发现不仅拓展了对古菌生物学的认知，更为开发基于AEVs的微生态干预策略开辟了新途径。