鼠李糖乳杆菌GG刺激膳食色氨酸依赖性屏障保护甲基烟酰胺的产生

2024年4月18日美国纽瓦克新泽西州立罗格斯大学医学院生理学和神经科学系Ronaldo P. Ferraris团队在国际期刊《Cellular and Molecular Gastroenterology and Hepatology》在线发表题为“Lactobacillus rhamnosus GG Stimulates Dietary Tryptophan-Dependent Production of Barrier-Protecting Methylnicotinamide”的研究性论文。Lactobacillus rhamnosus GG（LGG），一种世界上消耗最多的益生菌，但其对肠道通透性和分化的作用机制以及它与信号代谢物的重要来源膳食色氨酸的相互作用尚不清楚。

使用最近开发的创新METRCA算法，发现并验证了促进或损害屏障功能的特定血清和肠道代谢物。发现的许多代谢产物不仅与促进屏障的Ocln和Tjp1呈正相关，而且有趣的是，它们还与密封claudin呈正相关，但与泄漏claudin无关。尽管这些TJ成分的表达水平并不等同于屏障功能，但这些结果首次表明，LGG与一种关键的饮食成分协同作用，通过改变调节屏障的代谢物的丰度来调节肠道上皮分化和通透性。

在这里还证明，LGG驱动了一种涉及NAM的饮食trp依赖性代谢途径，有效地保护肠道屏障免受大肠杆菌的损伤。炎症性肠道和结肠炎与trp-NAM代谢紊乱有关。发现，作为NAM代谢的副产物，LGG-trp+小鼠的血清和粪便MNA升高。对已发表的IBD代谢组学数据集31的计算机分析表明，血清MNA与IBD患者的疾病活动呈强负相关。此外，据报道，IBD患者的尿液中MNA水平较低，进一步证实了肠道炎症期间NAM代谢功能失调。血清MNA与10个TJ基因呈正相关，其在体内外对TEER和屏障保护的强大促进作用，共同强调了其强大的屏障促进作用。一些乳酸杆菌菌株会产生NAM代谢物，发现LGG在体外会产生犬尿氨酸和NAD+，这可能会促进宿主细胞中的肠道NAM代谢。事实上，在LGG和膳食trp的作用下，小鼠回肠中参与新的NAM合成、再循环和清除剂途径的大多数酶和转运蛋白都会升高。给予外源性MNA可以缓解结肠炎，而给予trp NAM吸收抑制剂则会加重结肠炎。因此，首次证明LGG促进trp-NAM代谢，MNA是一种屏障保护剂。的发现可能对基于患者血清MNA丰度的精确益生菌干预产生影响。

维生素B3及其衍生物作为NAD能量构建块的本质是众所周知的，但它作为生理过程的非氧化调节因子的作用才刚刚得到认可。NAM到MNA甲基化的这一步是由NAM N-甲基转移酶作为降解途径催化的，被认为是不可逆的。因此，MNA长期以来一直被视为一种惰性和短暂的中间体，最终通过肾脏排泄处置。然而，MNA是一种相对常见的代谢产物，富含人类已经食用的犹大耳真菌和绿茶，最近的研究提出了其潜在的抗炎作用和血管保护活性。MNA的潜在转运蛋白（如Mate1、Mate2、OCT1-3）仅被推测，需要更多的研究；然而，犬肾脏和大鼠肝细胞显示出对外源性MNA的积极摄取，这与在体内和体外观察到的外源性MNA的作用一致。提供了令人信服的数据来支持MNA对加强屏障和结肠愈合的积极贡献。发现，向野生型小鼠注射MNA足以提高RNF43，RNF43是一种E3泛素连接酶，位于AHR信号传导的下游，通过从细胞表面去除卷曲受体来抑制Wnt信号传导。 MNA还挽救了DSS诱导的体内Dll4和Notch1的减少。有趣的是，LGG和膳食trp协同促进RNF43和Dll配体，反映了有利于肠细胞分化的Wnt-Off和Notch-On情况。 Wnt-Off条件也与所有Paneth细胞转录组的抑制一致。事实上，仅在LGG-trp+小鼠中发现了强烈促进的肠上皮细胞程序和抑制的Paneth细胞程序，这表明在饮食trp存在的情况下，LGG对细胞分化程序进行了独特的调控。对MNA调节的RNF43的发现可能反映了先前报道的经典Wnt通路与NAD+挽救通路之间的联系。对DSS结肠炎期间MNA介导的Ocln和RNF43稳定的发现表明，干细胞向肠上皮细胞的分化和成熟得到了促进，最终加强了肠道屏障和健康。

“肠漏”允许有害物质从肠腔进入循环，从而引发宿主的一系列代谢改变和炎症反应。由于肠道屏障的损伤是衰老的进化保守标志，这项关于LGG的研究为延缓与年龄相关的肠道健康下降提供了一条有前景的途径。有趣的是，维生素B3衍生物，如NAM核糖核苷，被认为是健康衰老和长寿的有益补充剂。在这种情况下，使用GF小鼠提供了一个受控的环境来剖析LGG、饮食trp和宿主之间的简化相互作用。对trp NAM的发现在具有完整肠道微生物群的传统小鼠中得到了验证。，并强调某些LGG的有益作用对关键饮食成分的依赖，如trp。基于代谢组学的观察可能适用于其他乳酸杆菌物种。植物乳酸杆菌通过增强TJ蛋白来改善屏障功能，而嗜酸乳杆菌则增加粘蛋白的产生。干酪乳酸杆菌影响抗菌肽的产生，增强宿主防御，罗伊氏乳酸杆菌调节细胞因子的释放以影响肠上皮。的研究表明，补充trp可能会增强益生菌的有益作用，而不一致的发现可能是由于先前研究中的饮食差异造成的。此外，LGG衍生的吲哚在Caco-2和类肠模型中显示出对破坏屏障的改善。各种研究表明，值得注意的吲哚，如吲哚-3-丙酸、吲哚-3-乙酸、吲哚-3-乳酸、吲哚-3-丙酮酸、和吲哚-3-醛，通过激活AHR61和PXR受体促进肠道稳态。这些受体反过来可能调节上皮和免疫细胞的完整性，突显了益生菌干预的更广泛意义。未来的工作将描述MNA如何刺激TJ基因表达和屏障功能。得出结论，LGG刺激了饮食中依赖trp的屏障保护MNA的产生。

图1 MNA可减轻DSS结肠炎并促进小鼠结肠愈合

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.jcmgh.2024.04.003