Akkermansia muciniphila来源的低酰化粗糙型脂多糖通过激活TLR4?IL-23?IL-22免疫轴改善饮食诱导的肥胖

本研究揭示了Akkermansia muciniphila（A. muciniphila）HW07菌株产生的低酰化粗糙型脂多糖（ALPS）通过TLR4依赖性途径激活IL-23?IL-22免疫轴，显著改善高脂饮食（HFD）诱导的肥胖及相关代谢紊乱。ALPS作为弱TLR4激动剂，能重塑肠道菌群（如增加SFB和C. cocleatum）、增强肠道屏障功能并提升短链脂肪酸水平，其安全性优于大肠杆菌LPS（ELPS），为代谢性疾病治疗提供了新策略。

　　

引言

近年来，肠道菌群失调与代谢疾病的因果关系被广泛证实。作为健康人群肠道优势菌，Akkermansia muciniphila（A. muciniphila）在改善肥胖、糖尿病和动脉粥样硬化中展现出显著疗效。其灭活菌体已进入临床试验，但脂多糖（LPS）的贡献机制尚不明确。本研究首次从中国健康人源分离的HW07菌株中提取LPS（ALPS），解析其化学特性并探究其通过TLR4?IL-23?IL-22轴改善代谢紊乱的机制。

ALPS的化学特征

通过酚水法提取的ALPS被鉴定为低酰化粗糙型LPS：

• 脂A结构：以四酰化单/双磷酸化为主（m/z 1323.9、1335.9、1349.9），缺乏次级O-酰基链（图1）。基因组分析显示HW07缺失lpxM同源基因，与欧洲菌株ATCC BAA-835的六酰化脂A显著不同。
• 寡糖域：包含7条糖链（OS1-OS7），其中十六糖OS7结构与欧洲菌株报道一致，但培养条件差异导致组分分布不同。

免疫调节特性

与大肠杆菌LPS（ELPS）相比，ALPS表现出弱TLR4/TLR2激动活性：

• 体外实验：在RAW264.7细胞和骨髓源性巨噬细胞（BMDM）中，ALPS诱导的TNF-α、IL-6水平仅为ELPS的1/5，但IL-10分泌相当（图S11）。
• 安全性：单次10 mg/kg剂量腹腔注射，ELPS组死亡率达40%，而ALPS组无死亡（图S18）。

抗肥胖效应

高脂饮食（HFD）小鼠模型显示：

• 代谢改善：ALPS（0.2 mg/kg，隔日注射）使体重增长降低40.7%，皮下脂肪细胞直径缩小29.8%，血浆TG、LDL-C分别下降55.9%和54.4%（图3B-F）。
• 肝脏保护：肝纤维化标志物TGF-β1降低，油红O染色显示脂滴减少（图3J-O）。转录组分析揭示ALPS下调脂代谢关键基因（Acot1、Cd36等）（图S13）。
• 肠道屏障修复：杯状细胞数量增加1.5倍，紧密连接蛋白Occludin和Claudin-1表达显著提升（图3Q-T）。

机制解析：TLR4?IL-23?IL-22轴

• IL-22核心作用：ALPS使回肠和血浆IL-22水平提升2.2倍，抗菌肽Reg3g表达上调。IL-22中和抗体完全抵消ALPS的代谢保护效应（图4I-T）。
• 上游调控：ALPS通过TLR4依赖途径激活骨髓细胞分泌IL-23，进而促进ILC3s产生IL-22（图5A-C）。TLR4拮抗剂TAK242可阻断该过程，而Tlr4^?/?小鼠中ALPS失效（图5I-J）。

菌群重塑与FMT验证

ALPS显著改变肠道菌群结构：

• 关键菌属：SFB（ segmented filamentous bacteria）丰度增加，Faecalibaculum rodentium减少；产丁酸盐菌Clostridium cocleatum和Bacteroides acidifaciens富集（图6D-H）。
• 代谢物：乙酸和丁酸水平升高，进一步促进IL-22分泌（图S16）。
• 粪菌移植（FMT）：ALPS调控的菌群可独立改善受体小鼠的胰岛素敏感性和肝脏脂肪变性（图6M-X）。

讨论与展望

本研究首次揭示中国株A. muciniphila LPS的独特化学特征与免疫调节机制。其低酰化脂A结构赋予其高安全性，而TLR4?IL-22通路的激活为代谢疾病治疗提供了新靶点。未来需探索不同培养条件对LPS结构的影响，以及与其他活性成分（如外膜蛋白Amuc_1100）的协同作用。