AmBeed文献解读|Cell Host & Microbe

宏转录组学指导的肠道多酚代谢微生物酶的发现和表征

2024年10月28日，哈佛大学Curtis Huttenhower研究团队发表了名为《Metatranscriptomics-guided discovery and characterization of a polyphenol-metabolizing gut microbial enzyme》的研究。本文通过元转录组学分析，鉴定了一种在人类肠道微生物组中高度转录的儿茶酚脱氢酶（Gp Hcdh），该酶由Gordonibacter pamelaeae（一种肠道细菌）产生，能够脱氢代谢羟咖啡因酸（HCA），这是一种源自植物性食物的抗炎肠道微生物代谢物。进一步分析表明，Gp Hcdh的活性作用可能会减少多酚类丰富食物的抗炎益处，揭示了宿主炎症与特定多酚代谢肠道微生物酶之间的潜在联系。

研究背景

多酚类化合物是一类在植物性食品中丰富的代谢物，与改善健康结果相关，包括减少炎症和降低心血管疾病风险。然而，多酚类化合物的生物利用度和生物活性受到肠道微生物代谢的影响，这些微生物通过特定的酶类，如儿茶酚脱氢酶，改变多酚类化合物的结构和功能。尽管这些微生物代谢活动对多酚类化合物的健康效应至关重要，但大多数参与这一过程的肠道微生物酶尚未被充分表征。

图1 大多数肠道细菌儿茶酚脱羟化酶未表征

研究团队通过使用元转录组学（metatranscriptomics, MTX）分析方法，结合序列相似性网络（Sequence Similarity Network, SSN）分析，揭示了人类肠道微生物组中多种儿茶酚脱氢酶同源物的存在，但大多数这类酶的功能尚未被充分表征。

图2  一种未表征的儿茶酚脱羟化酶，在人体肠道中高度表达并普遍存在

通过MTX分析，研究人员发现了一个在人类肠道中高度表达且普遍存在的未知儿茶酚脱氢酶—Unk-9（Gp Hcdh），且Unk-9在人体肠道中的高表达是由肠道内存在的刺激因素诱导的，而非体外培养基。这种酶在肠道微生物代谢中可能扮演着重要角色，特别是在处理来自植物性食物的多酚类化合物时。

图3  Unk-9 使 HCA 去羟基化以支持 ATP 的产生

通过结合饮食信息和转录调控因子的系统发育分析，结果发现Unk-9 DNA 丰度与十字花科蔬菜和咖啡的长期食用相关，这些蔬菜和咖啡含有高水平的 HCA 前体，例如Chlorogenic acid（AmBeed）。此外，研究团队还揭示了Unk-9（Gp Hcdh）能够脱氢代谢羟咖啡因酸（HCA），这一过程有助于支持三磷酸腺苷（ATP）的产生。

图4  Gp Hcdh 的水平与食用十字花科蔬菜的抗炎反应相关

研究发现，在摄入十字花科蔬菜量较高的人群中，如果他们的肠道微生物组中Gp Hcdh的DNA丰度较低，那么这些人的血液中C反应蛋白（CRP，一种炎症标志物）水平会降低，表明抗炎效果较好。相反，在Gp Hcdh水平较高的个体中，这种关联不存在，这可能是因为Gp Hcdh的活性降低了十字花科蔬菜中HCA的抗炎益处。因此，Gp Hcdh的活性可能通过影响十字花科蔬菜中多酚类化合物的代谢，进而影响这些食物对宿主抗炎反应的影响。

结论

这项研究通过结合元转录组学分析和生化表征，揭示了肠道细菌Gp Hcdh在多酚类化合物代谢中的作用，并提出了肠道微生物代谢活动与宿主抗炎反应之间的潜在联系。这些发现不仅增进了对肠道微生物如何影响多酚类化合物生物活性的理解，而且为未来研究提供了新的方向，以探索肠道微生物代谢活动在宿主健康中的作用，并可能为开发新的治疗策略提供靶点。

产品 Chlorogenic acid（A163338）来自Ambeed品牌

Doi: 10.1016/j.chom.2024.10.002