肠道菌群介导的甜菜碱通过m6A RNA甲基化调控骨骼肌纤维类型转化的机制研究

这篇研究揭示了肠道菌群通过代谢产物甜菜碱（betaine）调控骨骼肌纤维类型转化的新机制。通过多组学分析发现，特定菌株（如Akkermansia muciniphila）通过增加甲基供体甜菜碱水平，激活METTL3依赖的m6A RNA甲基化，从而上调慢肌纤维标志物Myh7的表达，促进快肌纤维向慢肌纤维转化。该研究为肠道-肌肉轴（gut-muscle axis）的代谢-表观遗传调控提供了新靶点，对肌肉功能障碍治疗和运动医学具有潜在应用价值。

　　

肠道菌群影响骨骼肌纤维类型的表观遗传机制

骨骼肌纤维组成（慢肌纤维与快肌纤维比例）直接决定肌肉功能和代谢健康。近年研究发现，肠道菌群通过"肠道-肌肉轴"（gut-muscle axis）调控肌肉特性，但其分子机制尚不明确。本研究通过比较无菌（GF）、无特定病原体（SPF）和常规（COV）小鼠模型，结合转录组（RNA-seq）、甲基化RNA免疫共沉淀测序（MeRIP-seq）、16S rRNA测序和代谢组学分析，首次揭示了肠道菌群通过代谢产物甜菜碱（betaine）调控m⁶A RNA甲基化，进而影响肌纤维类型转化的完整通路。

肠道菌群调控骨骼肌m⁶A甲基化图谱

ELISA检测显示，GF小鼠比SPF和COV小鼠具有更高的整体m⁶A水平。MeRIP-seq分析发现，不同菌群状态显著改变了骨骼肌m⁶A修饰模式：SPF小鼠相比GF小鼠获得21个m⁶A峰但丢失101个峰，这些差异峰相关基因富集于"mRNA加工"通路。值得注意的是，慢肌纤维标志基因Myh7的mRNA上存在一个超甲基化峰（Chr14: 54988390–54988415），其甲基化程度在GF>SPF>COV小鼠中依次降低，提示菌群可能通过m⁶A修饰调控Myh7表达。

菌群-METTL3-YTHDF2-Myh7调控轴

RNA-seq分析发现Myh7是唯一在所有组间比较（GF/SPF/COV）中均差异表达的肌纤维类型标志基因。实验证实甲基转移酶METTL3表达与Myh7呈正相关（R²=0.48），与快肌纤维标志物Myh4负相关。在C2C12成肌细胞中，敲低METTL3减少慢肌纤维比例，而过表达则增加Myh7表达。进一步研究发现m⁶A阅读蛋白YTHDF2通过识别Myh7 mRNA上的RRACH motif增强其稳定性——双荧光素酶报告实验显示突变该位点后YTHDF2结合能力下降，mRNA半衰期实验证实YTHDF2过表达使Myh7半衰期延长2.3倍。

甜菜碱的关键介导作用

代谢组学分析揭示菌群差异显著影响甜菜碱水平：SPF小鼠结肠内容物中甜菜碱含量比COV小鼠高1.8倍，且与骨骼肌中甜菜碱浓度显著相关（R²=0.40）。体外实验显示5mM甜菜碱处理使C2C12细胞的慢肌纤维比例增加47%，同时上调METTL3和YTHDF2表达。16周甜菜碱饮水干预使小鼠慢肌纤维数量增加35%，并显著提高肌肉m⁶A整体甲基化水平。

Akkermansia muciniphila的调控作用

16S测序发现SPF小鼠中Akkermansia muciniphila（AKK）相对丰度（4.67%）显著高于COV小鼠（1.07%）。AKK定植实验显示，该菌不仅能提升结肠甜菜碱水平2.1倍，还通过增加METTL3依赖性m⁶A修饰促进慢肌纤维转化。冗余分析（RDA）表明AKK与甜菜碱等"代谢通路"相关分子呈正相关，而乳酸菌（Lactobacillus）则呈负相关。

这项研究首次阐明"肠道菌群-甜菜碱-m⁶A-Myh7"轴调控骨骼肌纤维可塑性的分子机制，为肌肉相关疾病治疗和运动营养干预提供了新思路。未来研究可进一步探索其他菌株（如Bifidobacterium）及其代谢物在肌肉稳态中的作用，并验证该通路在人类肌肉疾病中的临床应用价值。