肠道菌群特异性代谢物SQ降解机制及其在人类与小鼠模型中的差异研究

研究人员针对膳食来源的磺基喹诺糖(SQ)在肠道中的代谢机制展开研究，发现SQ仅被肠道菌群代谢，且人类与小鼠存在显著差异：人类肠道中Agathobacter rectalis和Bilophila wadsworthia协作将SQ完全降解为H2S，而小鼠肠道仅能不完全降解为DHPS。该研究揭示了SQ作为潜在益生元的特性，并为跨物种模型选择提供了重要依据。

　　

在绿色植物和藻类中广泛存在的磺基喹诺糖二酰基甘油(SQDG)，其水解产物磺基喹诺糖(SQ)是地球上最丰富的有机硫化合物之一。虽然已知某些肠道细菌能降解SQ，但关于哺乳动物宿主能否直接代谢SQ，以及不同动物模型中SQ降解途径的差异，长期以来存在知识空白。这项由维也纳大学微生物生态学部Julia Krasenbrink领衔的研究，通过多模型系统揭示了SQ代谢的物种特异性特征，相关成果发表在《Microbiome》上。

研究人员采用¹³CO₂呼气试验结合HT-29细胞培养证实哺乳动物细胞不能代谢SQ；通过人类粪便微宇宙实验发现0.1mM SQ即可显著改变菌群结构；利用常规和无菌小鼠模型结合宏基因组分析，首次系统比较了人鼠SQ代谢差异。关键技术包括：稳定同位素示踪、毛细管电泳代谢物检测、16S rRNA基因扩增子测序，以及针对26,640个小鼠肠道微生物基因组的生物信息学挖掘。

SQ不被哺乳动物宿主直接代谢

¹³C标记实验显示，无菌小鼠仅能呼吸¹³C-葡萄糖而非¹³C-SQ。HT-29细胞培养中SQ浓度保持稳定，且250mM高浓度才显现细胞毒性，证实SQ代谢完全依赖肠道菌群。

人类肠道SQ降解的剂量效应

10mM SQ使人类粪便中A. rectalis和B. wadsworthia分别增长10³和10²倍，产生DHPS和H₂S的摩尔比达1:0.8。值得注意的是，0.1mM SQ(相当于11g菠菜含量)即能显著改变菌群结构。

小鼠模型的代谢缺陷

宏基因组分析显示仅0.3%的小鼠肠道菌编码SQ降解途径。Enterocloster clostridioformis YL32纯培养证实其仅能将SQ转化为DHPS，缺乏后续代谢能力。这与人类肠道中B. wadsworthia介导的完全降解形成鲜明对比。

跨物种代谢途径差异

人类优势菌A. rectalis通过磺基果糖转醛醇酶途径降解SQ，而小鼠主要依赖大肠杆菌的磺基-EMP途径。关键的DHPS降解酶hpsGH/dhpA在小鼠菌群中分布率仅0.2%，导致DHPS积累。

这项研究确立了SQ作为专性菌群营养素的特性，其剂量依赖性效应支持其益生元潜力。发现的人鼠代谢差异对转化医学研究具有警示意义：常规小鼠模型可能低估SQ完全降解产生的H₂S对宿主的影响。研究为开发菌群靶向的膳食干预策略提供了理论依据，同时强调了在微生物代谢研究中谨慎选择动物模型的重要性。