Science‌：普氏粪杆菌（F.prausnitzii）通过水解酶（FAAH）对宿主肠道进行生化调控

微生物定向补充食品（MDCFs）可以提高儿童体重增长速度（WLZ），但其对肠道微生物产生的化学介质及其影响宿主信号通路的机制仍未得到解释。近期一项人粪便细菌元基因组分析显示MDCF-2的参与导致多糖代谢通路表达增加。

2024年，美国圣路易斯华盛顿大学医学院(Washington University School of Medicine)的Jeff Gordon团队在Science发表研究型文章“A human gut Faecalibacterium prausnitzii fatty acid amide hydrolase”。发现普氏粪杆菌（Faecalibacterium prausnitzii）中的脂肪酸酰胺水解酶（FAAH）可水解油基乙醇酰胺（OEA）、神经递质、N-酰基高丝氨酸内酯等多种N-酰基酰胺；并能够合成N-酰基氨基酸等一系列N-酰基酰胺。前期研究发现营养不良的孟加拉国儿童在接受MDCF治疗后，普氏粪杆菌的丰度和代谢活性都得到了提高，说明MDCFs的促进生长效应可能与普氏粪杆菌有关。

1. 普氏粪杆菌可以降解N-酰基乙醇酰胺

为了研究普氏粪杆菌与MDCFs喂养的关系，研究人员将13或14种人肠道细菌定植与无菌小鼠（唯一区别为是否存在普氏粪杆菌（F. prausnitzii，Bg7063）。两组小鼠均喂食MDCF 5周后，量化盲肠细菌群落的绝对丰度并进行非靶向代谢物分析（图1）

图1 两组小鼠盲肠基因组与代谢物分析

结果显示，油酰乙醇酰胺（OEA）和棕榈酰乙醇酰胺（PEA）在定植有普氏粪杆菌小鼠体内的水平显著降低。OEA 和 PEA 是N-酰基乙醇酰胺（NAEs），参与调节食欲和能量平衡、炎症和疼痛。表明普氏粪杆菌Bg7063参与了这些NAEs在体内的利用或转化，并通过抑制宿主NAEs合成证明肠道内容物中的这些 NAEs 来源于饮食或微生物。

2. 普氏粪杆菌可合成脂肪酸酰胺水解酶FAAH

在普氏粪杆菌Bg7063 指数生长阶段添加同位素示踪剂（PEA-d4），液相色谱-质谱检测显示PEA-d4的含量在1小时内降至检测限以下。研究人员通过加热以及与两种无酶活性菌株共同培养的方法确定了普氏粪杆菌Bg7063参与NAEs转化的物质为酶（图2）。

图2 同位素示踪检测结果

同时，研究人员在普氏粪杆菌单培养基中添加酰基链羰基碳上用13C标记的PEA，通过峰值变化推断产物是N-酰基氨基酸（NAAA），即N-棕榈酰精氨酸（C16:0-Arg）、N-棕榈酰赖氨酸（C16:0-Lys）和 N-棕榈酰组氨酸（C16:0-His）（图3）。

图3 液相色谱质谱联用分析产物

根据以上结果，研究人员推测推测普氏粪杆菌含有能够将NAEs水解为相应脂肪酸的酶，并能将释放出的脂肪酸与培养基中的氨基酸缩合形成NAAAs。

为了验证这一假设，研究人员将普氏粪杆菌Bg7063裂解液与上清液分别在含有PEA-d4（无精氨酸）的混合物中进行反应。在裂解液样本中检测出了等摩尔量的棕榈酸-d4，加入精氨酸和PEA-d4则会产生 C16:0-Arg；热处理使裂解物的降解活性和合成活性失活（图 4）。这些观察结果与假定NAE产生NAAAs的两步机制一致。

图4 NAEs水解机制验证

3. FAAH的催化特性

为探究哪些脂肪酸可以作为N-酰基酰胺合成的底物，哪些含胺化合物可以作为给体与特定酰基链缩合。研究人员使用纯化的FAAH、精氨酸和25种饱和与不饱和脂肪酸以及39种胺进行了检测（图5）

图5 FAAH的合成底物探究

结果表明C10至C20脂肪酸是FAAH合成的首选底物；20 种 L-氨基酸、神经活性化合物（多巴胺、γ-氨基丁酸及其亚甲基同系物氨基戊酸）、酪胺、牛磺酸、亚精胺、精胺、腐胺、尸胺、乙醇胺中有 21 种可作为底物，精氨酸为首选，其次是赖氨酸和组氨酸。

研究人员推测普氏粪杆菌FAAH能够水解多种N-酰酰胺，包括非自身的合成产物。测试结果显示，FAAH对一系列酰基链范围为 C12C20 的底物具有广泛的活性，包括 PEA、OEA 以及 C18:1-Arg、C18:1Lys 、C18:1-His、中长链群体感应信号分子AHL（图 6）。

图6 FAAH的水解底物探究

4. 酶解产物NAAAs生物活性测定

为研究OEA转化为其他 N-酰基酰胺是否会通过影响GPCR或NHR介导的信号转导而产生潜在的药理作用。研究人员采用基于DiscoverX细胞的报告分析平台，对OEA与FAAH产生的三种最主要的N-酰基氨基酸（C18:1-Arg、C18:1-His 和 C16:0-Arg）进行比较。通过对小鼠空肠、回肠、结肠和肝脏样本进行RNA-Seq分析，确定了C18:1-Arg 和 C18:1-His 对小鼠免疫基因表达有影响（图7）。

图7 小鼠空肠、回肠、结肠、肝脏、RNA-Seq分析

结果显示，六种不同的 GPCR（GPCR 6、31、39、84、132 和 139）信号至少被其中一种化合物激活，OEA激活的GPR84与巨噬细胞中NLRP3炎性体的激活有关。基因组富集分析（GSEA）结果确定了回肠中46条与免疫反应的有关通路。

5. 结 语

肠道细菌合成的FAAH具有广泛的底物特异性以及调节各种生物活性代谢物水平的能力。信号分子会直接影响宿主和肠道群落的功能，FAAH对信号分子的转化活性为我们了解肠道微生物群落成员如何控制信号分子的水平提供了新的视角。

参考文献：Cheng J ,Venkatesh S ,Ke K , et al.A human gut Faecalibacterium prausnitzii fatty acid amide hydrolase.[J].Science (New York, N.Y.),2024,386(6720):eado6828.