拟杆菌属金氏菌DZ001通过PgSULT介导的胆固醇硫酸化作用缓解高胆固醇血症

《Food Bioscience》：Parabacteroides goldsteinii DZ001 alleviates hypercholesterolemia in association with PgSULT-mediated cholesterol sulfation

　　P. goldsteinii DZ001表现出强效的降胆固醇能力。DZ001改善了高脂饮食小鼠的血清脂质谱和肝脂肪变性。DZ001在体外和体内均促进了胆固醇硫酸酯的形成。鉴定出一种推测的胆固醇磺基转移酶PgSULT。异源表达证实了PgSULT的胆固醇硫酸化活性。高胆固醇血症主要表现为循环总胆固醇（TC）升高，是动脉粥样硬化性心血管疾病（包括冠心病、心肌梗死和缺血性卒中）的主要可改变危险因素（Santos et al., 2016）。当前管理方法包括饮食调整、体育活动、体重控制以及药物降脂治疗，尤其是他汀类和非他汀类药物（Mach et al., 2025）。尽管这些方法能有效降低循环胆固醇和心血管风险，但其临床获益可能受到个体反应差异、药物不耐受、不良反应、治疗成本以及长期依从性困难等因素的限制；单是他汀不耐受就仍是部分患者中一个具有临床意义的障碍（Byty?i et al., 2022）。这些局限性凸显了对安全、可靠方案的迫切需求。营养保健品和功能食品日益被认为可作为高胆固醇血症预防与长期管理的辅助策略，尤其是对于血浆胆固醇中度升高的个体（Sut & Dall’Acqua, 2023）。不断积累的证据表明，有益肠道细菌能够影响宿主的胆固醇稳态，并可能为脂质管理提供一条以微生物组为导向的途径。传统益生菌，特别是乳杆菌和双歧杆菌，已在细胞实验、动物模型及人体干预研究中显示出降胆固醇活性（Guo et al., 2024; Jiang et al., 2021; Keleszade, Kolida, & Costabile, 2022）。其作用通过多种可能互补的机制实现。某些益生菌株产生的胆盐水解酶可使胆汁酸脱结合，从而减少其肠道重吸收，促进肝脏将胆固醇转化为新的胆汁酸。细菌细胞还可能通过细胞表面结合、整合入细胞膜或在生长过程中同化等方式，从肠道环境中去除胆固醇。此外，短链脂肪酸等微生物代谢产物可调节肝脏胆固醇合成、肠道胆固醇转运和胆汁酸代谢，而益生菌介导的肠道微生物组重塑可能进一步影响宿主与脂质代谢相关的通路（Brown, Clardy, & Xavier, 2023; Deng, Pan, Zhu, & Chen, 2023; Kriaa et al., 2019; You et al., 2025）。最近的研究还表明，菌株水平的筛选可为开发具有胆固醇调节功能的发酵食品体系提供信息支持（Guo et al., 2024; Zhang, Xiong, Wang, & Xu, 2023）。总体而言，这些发现支持将有益肠道细菌视为对抗高胆固醇血症的有前景的辅助干预候选者。随着对肠道微生物组代谢功能认识的不断深入，一些丰度较高的肠道共生菌，包括拟杆菌属和普氏粪杆菌属的成员，已被提议作为下一代益生菌候选菌株，因为它们具有广泛的营养利用和宿主来源代谢物转化能力（Binda et al., 2020; Liu et al., 2025; Tan, Zhai, & Chen, 2019; Tufail & Schmitz, 2025）。例如，Bacteroides uniformis CECT 7771能改善高脂饮食诱导的代谢和免疫功能障碍，而其他拟杆菌属菌株在实验模型中表现出胆固醇转化和脂质调节特性（Gauffin Cano, Santacruz, Moya, & Sanz, 2012; Z. He et al., 2023）。胆固醇的直接微生物转化也已作为一种重要的调控途径出现：Bacteroides sp. strain D8将胆固醇转化为难吸收的粪甾醇，而Bacteroides thetaiotaomicron可通过依赖细菌磺基转移酶的途径产生胆固醇硫酸酯（Gérard et al., 2007; Kenny et al., 2020; Le, Lee, Besler, Comrie, & Johnson, 2022; Li et al., 2024; Yao et al., 2022）。在Parabacteroides属中，已报道P. distasonis能改善肥胖小鼠的血清脂质谱，P. goldsteinii则显示出对肥胖、胰岛素抵抗、代谢性炎症和胆固醇相关紊乱的有益作用（Lai et al., 2022; K. Wang et al., 2019; Wu et al., 2019）。尽管如此，针对Parabacteroides的降胆固醇研究仍远少于针对传统益生菌或Bacteroides的研究。现有大多数证据关注的是整体代谢表型，而关于Parabacteroides对胆固醇的直接转化、相关微生物酶以及这些反应对宿主胆固醇调节的贡献仍知之甚少。特别是，P. goldsteinii是否能够将胆固醇转化为胆固醇硫酸酯，以及该途径是否有助于其降胆固醇活性，尚未得到证实。在本研究中，我们对13株源自人体的Parabacteroides和Bacteroides分离株进行了体外降胆固醇能力的筛选，最终选定了活性最高的候选菌株P. goldsteinii DZ001。随后对其生长特性、对模拟胃肠条件的耐受性、细胞表面特性、溶血活性及基因组安全相关特征进行了评价。在高脂饮食诱导高胆固醇血症小鼠中考察了DZ001的胆固醇调节作用。为探究其潜在的转化途径，我们整合了非靶向代谢组学、靶向LC–MS/MS定量和比较基因组挖掘，以表征胆固醇硫酸酯的形成并鉴定候选磺基转移酶PgSULT。最后，利用异源表达验证了PgSULT的胆固醇硫酸化活性。因此，本研究旨在确定P. goldsteinii DZ001是否部分通过PgSULT介导的胆固醇硫酸化来缓解饮食诱导的高胆固醇血症，从而为Parabacteroides的胆固醇生物转化提供机制层面的见解。新鲜粪便样本取自10名健康志愿者（5名女性和5名男性，年龄18–65岁），他们无重大疾病史，且过去三个月内未使用过抗生素或益生菌。所有供体均已签署书面知情同意书。约0.5–1.0 g样品分别悬浮于45 mL粪便保存液中，该保存液含有海藻糖、胰蛋白大豆肉汤、二甲基亚砜和减盐盐水。经涡旋混匀和离心（450 × g，5 min，4 ）MALDI-TOF MS鉴定出13株拟杆菌目分离株：1株P. goldsteinii、3株Parabacteroides distasonis、3株Bacteroides fragilis、4株Bacteroides ovatus、1株Bacteroides thetaiotaomicron和1株Bacteroides faecis（表1）。36小时后的表观胆固醇去除率在44.23%至69.57%之间不等，显示出显著的菌株水平异质性。在筛选的菌株中，P. goldsteinii DZ001表现出最高的表观降胆固醇能力，其表观去除率为……肠道细菌通过胆汁酸脱结合、胆固醇同化和细胞表面结合，以及通过调节肠道和肝脏脂质代谢的微生物代谢产物，影响宿主的胆固醇稳态（Brown et al., 2023; Deng et al., 2023; Kriaa et al., 2019; You et al., 2025）。相比之下，胆固醇直接酶促转化为结构上不同的甾醇代谢产物，直到近期才在基因和酶层面开始得到阐明。本研究显示，在一系列源自人体的拟杆菌目分离株中，P. goldsteinii DZ001作为一种具有强表观降胆固醇能力且具备良好益生菌相关特性的菌株脱颖而出。在高脂饮食小鼠中，DZ001减轻了高胆固醇血症和肝脏脂质沉积。代谢组学分析表明DZ001能将胆固醇转化为胆固醇硫酸酯，而基因组挖掘和异源表达则鉴定出PgSULT为一种此前未被表征的……Shengxin Yin：软件、方法论。Wenjuan Jiao：可视化、验证、调查研究。Linhui You：方法论、数据整理。Chongyu Wei：可视化、方法论。Zhenjun Zhu：撰写—审阅与编辑、监督、项目管理、资金获取、构思。Shubo Li：撰写—审阅与编辑、监督、资源、项目管理、构思。Yu Ding：项目管理、资金获取。Zhongxu Sun：撰写—原稿，……Pellizzon和Ricci，2018。作者声明无利益冲突。数据可应要求提供。Parabacteroides goldsteinii DZ001已保藏于广东省微生物菌种保藏中心（GDMCC），保藏号GDMCC No. 67376。在稿件撰写过程中，作者使用了AI辅助语言工具来优化组织和语言表达。作者随后对内容进行了审阅和编辑，并对发表内容承担全部责任。? 作者声明，他们没有已知的竞争性经济利益或个人关系可能影响本文所述工作的呈现。本研究由广东省基础与应用基础研究基金（2025A1515011242）、广州市基础与应用基础研究项目（2025A04J5264）、广东省科学技术协会青年科技人才支持计划（SKXRC2025036）、国家重点研发计划"食品营养与安全"项目（中国，项目编号2023YFF1104100）以及广州市科技计划项目（202102070001）资助。Zhongxu Sun | Yueying Han | Wenxuan Wang | Linhui You | Chongyu Wei | Shengxin Yin | Wenjuan Jiao | Shubo Li | Yu Ding | Zhenjun Zhu