Christensenella massiliensis 降低犬尿氨酸水平并缓解模型小鼠的肥胖及相关代谢紊乱

《Gut Microbes》：Christensenella massiliensis reduces kynurenine levels and alleviates obesity and related metabolic disorders in model mice

　　

下一代益生菌来源于肠道共生菌，在代谢疾病干预中显示出前景，但有效的抗肥胖菌株仍然有限。在此，研究人员证明，口服Christensenella massiliensis（C. massiliensis）可显著缓解高脂饮食诱导的肥胖小鼠的肥胖和代谢功能障碍。治疗减少了食物摄入，改善了葡萄糖耐量和胰岛素敏感性，降低了血糖和血脂水平，并减轻了肝脂肪变性和脂肪积累。C. massiliensis增加了血浆胰高血糖素样肽-1（GLP-1）和回肠GLP-1受体表达水平，同时降低饥饿素（ghrelin）水平，表明其调节肠道激素调节。C. massiliensis还抑制了全身性和结肠炎症，伴随着代谢稳态相关基因（过氧化物酶体增殖物激活受体α（ppara）、过氧化物酶体增殖物激活受体γ（pparg）、解偶联蛋白2（ucp2））的上调。靶向和定量代谢组学鉴定了改变的肠道代谢谱，特别是降低的犬尿氨酸（kynurenine）水平。体外实验进一步表明，C. massiliensis将犬尿氨酸转化为犬尿喹啉酸（kynurenic acid），其裂解物逆转了犬尿氨酸诱导的肝细胞脂质积累、炎症和PPARγ（过氧化物酶体增殖物激活受体γ）抑制，为观察到的体内代谢益处提供了机制支持。这些发现支持C. massiliensis作为肥胖管理的一种有前景的下一代益生菌。

**研究背景、问题与目的**
肥胖及其相关代谢紊乱（如2型糖尿病、非酒精性脂肪肝病）严重威胁人类健康，现有干预措施（饮食、运动、药物、手术）存在局限性，如副作用或依赖性风险。肠道菌群在宿主能量代谢与炎症调控中发挥关键作用，其中Christensenellaceae家族因其与体重指数（BMI）的显著负相关性而备受关注。已有研究显示，Christensenella minuta通过产生3-O-酰基胆汁酸作为肠道法尼醇X受体（FXR）拮抗剂改善代谢，而Christensenella tenuis通过胆汁盐水解酶（BSH）活性产生游离胆汁酸阻断脂多糖（LPS）易位。然而，Christensenella massiliensis（C. massiliensis）缺乏合成3-O-酰基胆汁酸的能力，其作用机制未知。此外，氨基酸代谢失衡（尤其是犬尿氨酸（kynurenine）升高）与肥胖、胰岛素抵抗和炎症密切相关。因此，本研究旨在探究C. massiliensis是否通过调节氨基酸代谢（特别是犬尿氨酸）来缓解肥胖及相关代谢紊乱，并揭示其潜在机制。该论文发表在《Gut Microbes》。

**主要关键技术方法**
研究人员从CGMCC（中国普通微生物菌种保藏中心）获得C. massiliensis SJ-1菌株，在厌氧条件下培养后经口灌胃给予高脂饮食（HFD）诱导的肥胖（DIO）小鼠（C57BL/6J雄性小鼠，购自GemPharmatech Co., Ltd.，江苏，中国），持续5周。主要方法包括：口服葡萄糖耐量试验（OGTT）和胰岛素耐量试验（ITT）；16S rRNA基因扩增子测序分析肠道菌群；实时荧光定量PCR（qPCR）检测肠道激素和代谢相关基因表达；酶联免疫吸附试验（ELISA）测定血浆和组织中激素、炎症因子及脂质水平；靶向定量代谢组学分析盲肠内容物；液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）检测犬尿氨酸及其代谢产物；体外AML12小鼠肝细胞模型研究脂质积累和炎症。

**研究结果**

**1. C. massiliensis 缓解 DIO 小鼠肥胖及相关代谢紊乱**
通过5周灌胃实验，C. massiliensis处理显著降低DIO小鼠体重增长（从第15天起显著），减少食物摄入，降低空腹血糖和自由血糖，改善葡萄糖耐量（OGTT曲线下面积减小）和胰岛素敏感性（ITT曲线下面积减小）。血浆胰高血糖素水平升高，总胆固醇（TCHO）和甘油三酯（TG）显著降低。肝脏HE染色显示肝脂肪变性和气球样变评分显著下降，血浆丙氨酸氨基转移酶（ALT）、天冬氨酸氨基转移酶（AST）和超氧化物歧化酶（SOD）水平降低，表明肝损伤减轻。

**2. C. massiliensis 通过多靶点调控改善宿主代谢**
C. massiliensis处理显著增加血浆GLP-1和回肠GLP-1受体（glp1r）表达，降低胃和回肠饥饿素（ghrelin）水平，瘦素（leptin）无显著变化。血浆和结肠组织中促炎细胞因子IL-1β、IL-6和TNF-α水平均显著下调。肝脏和结肠中代谢稳态相关基因ppara、pparg和ucp2的表达上调。表明C. massiliensis通过协调肠道激素信号、炎症反应和代谢稳态发挥抗肥胖作用。

**3. C. massiliensis 显著调节肠道代谢组**
16S rRNA扩增子测序显示，C. massiliensis处理未显著改变肠道菌群α或β多样性，但LEfSe分析鉴定出5个富集ASV（如Lachnospiraceae_NK4A136_group）和3个减少ASV。qPCR证实灌胃组粪便中C. massiliensis丰度约为2×10⁷细胞/mg DNA。靶向代谢组学鉴定出37种差异代谢物，其中8种上调、29种下调，最显著变化为核苷酸类（如ATP升高、AMP降低）和色氨酸代谢途径中间体。值得注意的是，C. massiliensis处理显著降低盲肠、血浆和肝脏中的犬尿氨酸水平，同时升高犬尿喹啉酸（kynurenic acid）水平。

**4. C. massiliensis 介导的犬尿氨酸代谢有助于观察到的治疗效果**
以犬尿氨酸为唯一碳源培养C. massiliensis，证实其能利用犬尿氨酸生长。LC-MS分析显示，C. massiliensis可将犬尿氨酸转化为犬尿喹啉酸，但未直接产生肉桂吡啶酸（cinnabarinic acid）。基因组与KEGG分析提示C. massiliensis编码芳基甲酰胺酶（EC 3.5.1.9）和半胱氨酸-S-共轭β-裂解酶（EC 4.4.1.13），可能催化犬尿氨酸转化为犬尿喹啉酸。定量实验显示，低接种量和高接种量下犬尿氨酸转化率分别为28%和58.4%，对应犬尿喹啉酸浓度升高至31.5±1.2 nM和55±3.7 nM。

**5. C. massiliensis 缓解犬尿氨酸诱导的肝细胞脂质积累和代谢失调**
在棕榈酸/油酸（PA/OA）诱导的AML12肝细胞脂质积累模型中，外源犬尿氨酸进一步增加脂质沉积、TCHO、TG和促炎因子（IL-1β、IL-6）水平，并抑制PPARγ表达。C. massiliensis裂解物共处理显著逆转上述效应（脂质积累减少约24.9%），而犬尿喹啉酸或裂解物单独处理无显著作用。表明C. massiliensis通过降解犬尿氨酸（而非其产物本身）减轻肝细胞代谢紊乱。

**讨论与结论**
研究人员指出，C. massiliensis的作用机制与已报道的Christensenellaceae成员不同，它不依赖3-O-酰基胆汁酸或BSH活性，而是通过调节色氨酸-犬尿氨酸代谢发挥益处。虽然C. massiliensis未显著改变肠道菌群整体组成，但可能通过代谢产物直接作用于宿主，并可能与其他菌群发生交叉喂养，如肉桂吡啶酸水平升高可能源于其他菌群协作。研究还发现C. massiliensis降低食物摄入与血浆GLP-1升高、回肠GLP-1受体上调及饥饿素下降相关。研究局限性包括：缺乏代谢笼分析区分能量摄入与消耗；C. massiliensis遗传操作体系缺失限制因果验证；长期定植稳定性及安全性待评估；体外实验使用裂解物而非活菌。未来需进行临床安全性评价、优化剂量和制剂、考虑宿主-菌株兼容性，并探索其与肠道菌群的生态互作。

**结论翻译**：本研究表明，C. massiliensis通过降解犬尿氨酸并转化为犬尿喹啉酸，降低体内犬尿氨酸水平，从而减轻炎症、改善代谢稳态相关基因表达（ppara、pparg、ucp2），并降低食物摄入，最终缓解DIO小鼠的肥胖及相关代谢紊乱。这些发现支持C. massiliensis作为下一代益生菌用于肥胖管理的潜力。