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没有喝酒却醉了?最新队列揭示自酿综合征的肠道菌群机制与干预线索

谷禾健康

明明滴酒未沾,却突然出现醉酒症状:说话含糊、步态不稳、意识模糊,严重者甚至被交警查出酒驾

这听起来像天方夜谭,但在医学上,这是一种真实存在的罕见疾病——自酿综合征(Auto-Brewery Syndrome, ABS),也称为肠道发酵综合征。

其核心特征是:在未摄入外源性酒精的情况下,肠道微生物异常发酵碳水化合物,产生并吸收过量乙醇,使血液/呼气酒精水平可达到甚至超过法定阈值,从而出现类似醉酒的一系列神经胃肠道症状。由于临床表现与饮酒高度相似,自酿综合征在现实中常被误解为酒精依赖、精神问题或刻意隐瞒饮酒史,患者往往经历漫长的误诊与社会压力,甚至常面临法律纠纷。

研究显示,70%的自酿综合征患者报告曾被朋友或家人怀疑撒谎40%因此失去工作。提高公众和医疗界对ABS的认知,是改善患者生活质量的关键。

近期发表在《Nature Microbiology》的一项研究,通过对22名ABS患者和21名健康家庭成员的系统分析,首次揭示了这种罕见病的微生物学机制,为我们打开了一扇理解肠道菌群与人体健康关系的新窗口。

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本文从自酿综合征的临床表现切入,结合最新《Nature Microbiology》上发表的研究队列从“菌群组成—功能通路—代谢物—体外发酵验证”四个层面系统呈现 ABS 的微生物学机制:发作期变形菌门(肠杆菌科)异常富集为特征,血液酒精浓度与其相对丰度正相关;宏基因组功能注释显示混合酸发酵、异型乳酸发酵乙醇胺利用等产醇相关通路显著增强,代谢组学提示乙酸显著升高并与醉酒程度关联。

在此基础上,本文进一步梳理易感人群与诱因诊断思路与鉴别要点,并结合宏基因组与代谢证据说明产乙醇菌群的形成与维持机制;鉴于常规干预在部分患者中疗效有限且复发风险较高,本文还引入 FMT 个案,作为微生态“重置”策略的临床补充证据,为理解菌群干预症状逆转之间的关联提供线索。

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01
醉酒之谜——什么是自酿综合征?

从未喝酒,为何会醉酒?

自酿综合征(简称ABS)是一种由于肠道微生物异常发酵碳水化合物,产生过量乙醇(也就是酒精)而导致的罕见代谢紊乱疾病

患者在没有摄入任何酒精的情况下,血液酒精浓度可达到甚至超过法定酒驾标准(80 mg/dL),出现典型的醉酒症状。这种疾病最早于1948年由Ladkin和Davies首次报道,当时一名5岁非洲男孩因肠道异常发酵导致严重腹胀和穿孔死亡。

在日本,这种疾病被称为”meitei-sho”(肠内酒精发酵综合征),并在20世纪70年代有过系列报道。而在现代医学中,自酿综合征仍然常常被误诊为酒精依赖或精神疾病,许多患者在确诊前往往经历数年的误诊和社会误解

患者的真实困境:从酒鬼到患者

Malik等人在2019年报道了一个典型案例:一名46岁男性在接受头孢类抗生素治疗拇指外伤后,出现性格改变抑郁脑雾症状。一次清晨,他因疑似酒驾被捕,血液酒精浓度高达200 mg/dL,但他坚称未饮酒。经过多次辗转,最终通过粪便检测发现大量酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae),确诊为自酿综合征(ABS)。

“最令人心碎的是,连医生和警察都不相信我没有喝酒。我被贴上了酒鬼的标签,失去了工作和朋友的信任。直到确诊ABS,我才终于洗清了冤屈。”

—— ABS患者自述

这种疾病不仅带来身体上的痛苦,更带来严重的社会和法律问题。据统计,已有多起ABS患者因酒驾被起诉后,通过医学证据最终被判无罪的案例。

02
肠道如何变成酿酒厂?——自酿综合征的发病机制

如果说自酿综合征(ABS)是一个没喝酒也会醉的怪病,那么它的本质,其实就是肠道微生态,被重塑成了一座高效的小型酿酒厂。这一章节,我们就沿着最新《Nature Microbiology》队列研究的证据,看看这座酿酒厂是如何一步步搭建起来的。

自酿综合征:从正常发酵到病理酿酒

正常情况下,肠道菌群处于动态平衡状态,少量乙醇的产生会被肝脏迅速代谢。但在ABS患者中,这种平衡被打破,特定微生物过度生长,将摄入的碳水化合物大量转化为乙醇

而在 ABS 患者身上,发生了三件关键的事:

1

菌群结构改变

原本占主导的共生菌减少,某些能高效产乙醇的细菌占位。

2

代谢通路重编程

多条能把糖和乙醇胺酿成酒的通路被全面激活。

3

代谢产物堆积,并进入血液

乙醇与相关代谢物(尤其是乙酸)在肠道内大量生成、被吸收,超出肝脏清除能力,如果超过一定量,甚至会诱发系统性中毒。

下面我们分步骤拆解这三层变化。

菌群失衡:谁在主导酿酒?

变形菌门Proteobacteria著富集

在这项纳入 22 名经严格口服葡萄糖激发试验证实的 ABS 患者、21 名家庭伴侣和一组健康对照的研究中,宏基因组测序有一个醒目的共同点:

  • ABS 发作期患者肠道中,变形菌门(Proteobacteria)显著富集,主要集中在 肠杆菌科(Enterobacteriaceae)。

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  • 统计分析显示,四组(健康对照、家庭伴侣、缓解期、发作期)之间变形菌门的相对丰度差异高度显著(P = 0.00039)。
  • 更有说服力的是:采样时的血液酒精浓度,与 变形菌门相对丰度呈正相关。

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⭐️ 三个关键的酿酒菌(产乙醇)

多变量分析(校正家庭环境影响)指出了三种重要的菌群:

大肠杆菌Escherichia coli

  • 在 ABS 发作期样本中高度富集,是主要的乙醇生产者之一;
  • 是混合酸发酵及乙醇胺利用途径的关键参与菌;
  • 从个案分离的患者菌株显示出对高浓度乙醇更强的耐受性,说明它们不仅会酿酒,还能在高酒精环境里活得很好。

肺炎克雷伯菌Klebsiella pneumoniae

  • 在部分患者中显著增加;
  • 通过 2,3‑丁二醇发酵通路,将糖类转化为乙醇,既往已被证实可在动物模型中诱导代谢相关脂肪性肝病。

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  • 常被视为代谢性肝病相关菌,与炎症和肝癌风险升高有关;
  • 在 ABS 发作期显著富集,可参与多种发酵途径,协同整个酿酒网络。

⭐️ 有益菌下降

  • 典型共生厌氧菌如部分 Parabacteroides、Akkermansia 等在发作期丰度下降;
  • 整体 α 多样性(物种丰富度和均匀度)明显降低,β 多样性分析也显示 ABS 患者的菌群在与健康人、家庭伴侣明显有区分。

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总的来说,ABS患者整个微生态从多样而稳定,滑向“低多样性 + 病理性富集”的状态。

产乙醇代谢通路拉满

如果说上述菌群失衡回答了谁在干,那代谢通路分析则是回答了他们在干什么

研究利用宏基因组功能注释,对代谢通路进行比对,发现:

  • 发作期 vs 缓解期:18 条通路 显著不同;
  • 发作期 vs 家庭伴侣:133 条通路 显著不同。

其中,与乙醇生产直接相关、在发作期明显富集的关键通路包括:

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⭐️ 混合酸发酵通路(Mixed‑acid fermentation)

  • 这是典型的肠道细菌厌氧发酵方式之一,以丙酮酸为起点,可生成乳酸、乙酸、甲酸和乙醇等多种终产物。
  • ABS 发作期中,这条通路相关基因(包括丙酮酸‑甲酸裂解酶、乙醛脱氢酶、酒精脱氢酶等)的丰度显著升高,P 值多在 10⁻⁶ 量级。
  • 暗示患者肠道里的混合酸发酵代谢比较活跃,代谢的结果则产生更多乙醇和乙酸。

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⭐️ 异型乳酸发酵通路(Heterolactic fermentation)

  • 部分乳酸菌、放线菌等使用此通路,一次发酵可同时产生乳酸、乙醇和 CO₂。
  • 在 ABS 发作期中,这条通路也明显富集,补充了额外的乙醇来源。

⭐️ 乙醇胺利用通路(Ethanolamine utilization)

乙醇胺来自于肠道上皮细胞膜磷脂的分解,是一种内源性氮源和碳源。一些细菌可以通过专门的乙醇胺利用操纵子,把乙醇胺转化为乙醛、乙酰‑CoA,最终还原为乙醇。

在 ABS 发作期:

  • 与乙醇胺转运、裂解、脱氢相关的关键基因(包括多种酒精脱氢酶)显著富集;
  • 说明这些菌不只是在吃我们摄入的糖,还在啃宿主自己的细胞残片,把其转成酒精。

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⭐️ 基因水平与血液酒精浓度高度相关

研究者发现,所有与酒精脱氢酶活性相关基因总丰度,与患者的血液酒精浓度高度相关(Spearman R = 0.72,P=2.7×10⁻⁶)。

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这就把微生物基因层面临床醉酒程度直接关联起来,不是只有菌在那儿摆着,而是在真正参与乙醇的大量生产。

体外实验证实:这些菌真的在酿酒

为了避免一切只是推测,研究团队还做了一个非常关键的实验——体外粪便厌氧培养测乙醇。

取 100 mg 粪便,在含葡萄糖的厌氧培养基中培养 24 小时,并在 0、6、24 小时测定培养液中的乙醇浓度(HPLC/酶法)。结果显示:

ABS 发作期样本:中位乙醇浓度约 14.47 mg/dL;

同一患者缓解期样本:约 8.76 mg/dL;

家庭伴侣样本:约 5.00 mg/dL。

ABS 发作期(flare)样本的体外产乙醇能力更强,并且与采样时的血液酒精浓度相关

关键菌群:细菌而不是真菌

自 ABS 被提出以来,很多早期病例把矛头指向肠道酵母过度生长,临床上因此常常首选抗真菌药物治疗。但这项队列研究给出了更细致的答案。

在体外培养体系中加入不同药物:

广谱抗生素——氯霉素

  • 明显抑制 ABS 发作期样本的乙醇生成;
  • 提示主要产乙醇的是真核细胞以外的细菌。

广谱抗真菌药——两性霉素B

  • 在少数发作期样本中可部分降低乙醇,但对家庭伴侣样本基本无影响;
  • 更像是某些个案中的辅助因子,而不是普遍机制。

代谢产物:乙酸是ABS的生物标志物

除乙醇外,ABS患者的粪便代谢组学分析显示,ABS 发作期患者的粪便乙酸水平显著高于家庭伴侣(P=1.2×10⁻⁵),且与血液酒精浓度呈正相关(R=0.6, P=0.00018)。

乙酸是乙醇代谢的中间产物,同时也可作为底物被某些细菌用于乙醇合成,形成乙醇-乙酸循环,这可能是ABS患者乙醇持续产生的另一重要原因。

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在菌群–代谢物相关性分析中:

乙酸水平与 Escherichia、Blautia 等菌属呈正相关;与 Akkermansia 等典型有益菌负相关

也就是说,比起频繁做口服葡萄糖激发试验,监测粪便乙酸或许在随访中更具可行性

03
哪些人容易患自酿综合征?

抗生素

多项研究表明,抗生素使用是ABS常见的诱因。抗生素会破坏肠道正常菌群平衡,导致产乙醇菌过度生长。

在Malik报道的案例中,患者在使用头孢氨苄(cephalexin)3周后出现ABS症状。

另一项研究发现,长期使用阿莫西林-克拉维酸甲硝唑等广谱抗生素的患者,肠道变形菌门比例显著增加,ABS风险提。

基础疾病:肠道动力障碍与吸收不良

ABS常与以下基础疾病相关:

短肠综合征

肠道切除后,食物通过加快,碳水化合物未充分吸收即进入结肠,成为产乙醇菌的底物

克罗恩病

肠道炎症狭窄导致食物滞留,促进细菌过度生长。

糖尿病

高血糖环境促进酵母和某些细菌生长,研究显示糖尿病患者内源性乙醇水平显著高于健康人。

胃轻瘫

胃排空延迟导致食物在胃肠道停留时间延长增加发酵机会

饮食因素:吃太多碳水化合物

饮食中的碳水化合物是肠道菌群产乙醇的原料。研究发现,ABS患者在摄入高碳水化合物食物(如面包、 pasta、含糖饮料)后,症状明显加重,血液酒精浓度可在2-8小时内达到峰值

一项病例报告显示,一名ABS患者在食用披萨和苏打水后,血液酒精浓度迅速升至400 mg/dL,出现严重醉酒症状。

遗传因素:酒精代谢酶的个体差异

酒精脱氢酶(ADH)和乙醛脱氢酶(ALDH)的基因多态性可能影响ABS的临床表现。

亚洲人群中常见的ALDH2*2(导致乙醛脱氢酶活性降低),可能使ABS患者更容易出现乙醛蓄积,加重醉酒症状

04
如何诊断自酿综合征?

警惕这些不寻常的醉酒症状

ABS的临床表现与普通醉酒相似,但具有以下特点:

  • 症状发作与进食(尤其是高碳水化合物食物)相关,通常在餐后2-24小时出现
  • 症状波动大,可在数小时内从清醒变为严重醉酒
  • 伴随胃肠道症状,比如说:腹胀、腹泻、恶心、排气增多等。
  • 神经系统症状,例如记忆力下降、脑雾、情绪波动、共济失调等。
  • 患者否认饮酒,但血液或呼气酒精检测阳性。

关键诊断试验:碳水化合物激发试验

碳水化合物激发试验具体步骤如下:

1. 患者需禁酒48小时空腹8小时

2. 基线血液酒精浓度和尿酒精代谢物(乙基葡萄糖醛酸苷、乙基硫酸酯)检测

3. 口服100-200克葡萄糖(或标准化碳水化合物餐)

4. 在0.5、1、2、4、8、12、24小时监测血液酒精浓度。

5. 若任何时间点血液酒精浓度≥0.01 g/dL(10 mg/dL),且排除外源性酒精摄入,则可诊断ABS。

注意:该试验需在严格医疗监督下进行,因为部分患者可能出现严重醉酒,甚至酒精中毒。

微生物检测

通过肠道菌群检测,可以从产乙醇相关菌群(如大肠杆菌、肺炎克雷伯菌)是否超标,以及相关代谢通路是否异常,来辅助判别是否存在自酿综合征的可能。

排除其他疾病

ABS需与以下疾病鉴别:

-酒精依赖

患者通常隐瞒饮酒史,尿酒精代谢物检测阳性

-肝性脑病

肝功能异常,血氨升高,无肠道产乙醇证据

-糖尿病酮症酸中毒

血糖显著升高,尿酮体阳性

-药物中毒

如苯二氮䓬类、阿片类药物过量

-罕见神经系统疾病

如发作性共济失调、卟啉病

05
自酿综合征的常规干预

饮食干预:减少酿酒原料

低碳水化合物饮食是ABS的基础治疗。具体建议包括:

  • 严格限制精制碳水化合物:白面包、 pasta、米饭、含糖饮料
  • 增加蛋白质摄入:鸡蛋、瘦肉、鱼类、豆类
  • 适量摄入非淀粉类蔬菜:绿叶菜、西兰花、黄瓜
  • 避免高果糖玉米糖浆、蜂蜜、果汁等简单糖类

一项病例系列研究显示,80%的ABS患者在严格低碳水饮食(每日碳水化合物<50克)6周后,症状显著改善,血液酒精浓度恢复正常。

抗生素治疗

根据微生物检测结果选择针对性药物,例如利福昔明、甲硝唑等。需注意,抗生素可能进一步破坏肠道菌群平衡,因此通常仅在严重病例中短期使用,可以考虑同时联合益生菌治疗。

益生菌调节

益生菌可通过竞争营养和黏附位点,抑制产乙醇菌生长。研究显示,Lactobacillus acidophilus、Bifidobacterium infantis等菌株可降低ABS患者肠道pH值,减少乙醇产生。

一项病例报告显示,一名ABS患者在使用多菌株益生菌(含12种细菌)1.5年后,症状缓解,可正常饮食。

长期管理:预防复发的关键

ABS治疗后复发率较高,长期管理需注意:

  • 避免滥用抗生素,必要时同时补充益生菌
  • 逐步、个体化地重新引入碳水化合物,监测症状和呼气酒精浓度
  • 管理基础疾病(如糖尿病、克罗恩病)
  • 定期复查肠道菌群,及时发现菌群失衡

虽然前述多种常规治疗手段(包括抗生素、限制碳水、益生菌等)能在部分病例短期内缓解 ABS 症状,但对病情较重反复发作的病例而言,疗效往往不够理想,难以在短时间内达到预期的控制目标。

对于难治性ABS,粪菌移植(FMT)可能是一种值得考虑的选择。该研究报道了一例ABS患者接受多轮FMT并长期随访的案例。这不仅丰富了我们对ABS发生机制的认识,也为探索菌群干预临床治疗中的应用潜力提供了重要参考。

因此,我们将在下一章对 FMT 的这个案例进行专门介绍。

06
粪菌移植(FMT)

这个FMT案例是围绕单个患者多轮 FMT长期随访与宏基因组分型,系统性地提供了微生态干预下 ABS 逆转的因果证据

粪菌移植干预过程和结果

患者背景

  • 多次使用环丙沙星治疗前列腺炎后,出现了 ABS;
  • 饮食几乎完全去除碳水、接受经验性抗真菌药和多种替代疗法,仍反复严重发作,对生活造成巨大影响。

第一次 FMT:暂时好转

在 FDA 单例扩展使用批准下,接受:

  • 口服抗生素预处理(利福昔明、红霉素、新霉素 3 天)+ 肠道清洁;
  • 一周内口服 5 次、每次 15 粒FMT胶囊。

结果:

  • 该研究参与者在3个月内表现良好,健康状况显著改善(根据自我报告和家庭报告),且未出现中毒发作,但随后复发。

第二次FMT

在首次FMT后9个月接受了第二次FMT。

采样时间线

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这次口服万古霉素、甲硝唑和复方新诺明预处理3天,随后进行肠道准备。

注:

文中对该方案的解释:第一次用利福昔明与新霉素主要为肠腔内抗生素,全身吸收很少;

第二次加入的甲硝唑复方新诺明为可全身吸收抗生素,旨在不仅作用于肠腔内微生物,也可覆盖肠腔外/黏膜相关部位,包括绒毛刷状缘与肠隐窝等微生物,可能以生物膜或低代谢状态持续存在的部位。

给药与维持:预处理后先给 3 次、每次 15 粒胶囊;随后在不再预处理的情况下,用同一供者来源胶囊进行每月维持 15 粒,持续 6 个月。

辅助措施(促进定植)

同时嘱咐每日服用一大汤匙马铃薯淀粉,约 60% 抗性淀粉,溶于水;

复合益生菌每日 1 粒,含 Bifidobacterium infantis、Clostridium butyricum、Clostridium beijerinckii、Anaerobutyricum hallii、Akkermansia muciniphila,以促进移植菌群的持续存在/定植。

结果:

  • 患者持续无症状且缓解状态超过16个月;
  • 饮食也增加了更复杂的碳水化合物。

肠道菌群变化与临床关联

粪菌移植后菌群结构变化

第一次 FMT 后的缓解期样本,在主成分图上与供体的菌群组成聚在一起

症状复发时,样本又跑回类似初始发作期的菌群结构。

第二次 FMT 后,菌群持续稳定且不同于术前/家庭成员菌群。

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主成分贡献最大的菌

  • E. coli_SGB10068
  • Firmicutes bacterium_CAG176
  • A. putredinis_SGB2318
  • Ruminococcus bromii_SGB4285

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发作期 E. coli 丰度高K. pneumoniae、R. gnavus 未显著增加。

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FMT后大肠杆菌丰度、血液酒精浓度和发酵通路基因显著降低

代谢和临床指标相关性

菌群应答、血乙醇浓度、AST/ALT、产醇相关通路丰度紧密相关

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同一时间轴上同时给出 BAC(血/呼气酒精)、AST/ALT、以及 fermentation pathway enrichment(混合酸发酵/异乳酸发酵/乙醇胺利用等的富集指标),并与菌群变化/发作缓解标注对应。

症状与供者菌株植入率正相关与术前菌株保留(post-FMT 与 pre-FMT 共享比例)负相关。

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总的来说,对这位患者而言,ABS 的发生与一个特定高产乙醇耐乙醇的大肠杆菌菌株群落密切相关;通过 FMT + 系统性抗生素预处理,成功完成菌群置换,症状得以长期缓解

07
未来展望:从罕见病到菌群研究的新窗口

自酿综合征(ABS)表面上是一种罕见而离奇的疾病,却在机制、诊断与干预的层层展开中,清晰指向同一个核心事实:肠道菌群具备强大的代谢能力,其结构与功能的失衡,足以在人体内酿出可被检测、可致症状的乙醇水平

面向未来,ABS 的意义并不止于罕见病本身。研究提示,即便在非 ABS 人群中也可能存在低水平内源性乙醇产生,这一现象或与非酒精性脂肪肝、肥胖等代谢异常相关;例如,肺炎克雷伯菌产生的乙醇可诱导动物出现肝脏脂肪变性。由此,ABS 也可能成为理解“菌群—代谢疾病”连接机制的窗口,并为常见代谢病提供新的干预靶点

治疗层面,ABS 有望走向更具针对性的精准医疗路径:

  • 其一,利用菌群编辑(如 CRISPR-Cas 系统)定点清除产乙醇菌;
  • 其二,开发工程益生菌,通过竞争与抑制重塑生态位;
  • 其三,动态监测乙酸等关键代谢物,指导饮食与用药方案的个体化调整。

与此同时,提高诊断率同样关键——ABS 的真实患病率可能被低估(有研究估计每 10 万人中或有 1–2 例),推动临床认知、完善流程并探索更便捷的检测手段(如肠道菌群检测),将有助于患者更早被识别、更少陷入误解与法律困境。

当肠道菌群喝醉,我们需要做的不仅是控制血液酒精和缓解症状,更是把 ABS 放回宿主—微生物共生系统的框架中重新理解:这并非人体的例外,而是微生物代谢能力在特定条件下的极端呈现

通过提高认知规范诊断与发展靶向菌群治疗,我们或许不仅能更好地帮助 ABS 患者,也能借此进一步理解菌群在代谢健康中的位置与边界。

在这个由 100 万亿微生物组成的“超级器官”面前,我们对生命的理解或许才刚刚开始。

主要参考文献

Hsu CL, Shukla S, Freund L, Chou AC, Yang Y, Bruellman R, Raya Tonetti F, Cabré N, Mayo S, Lim HG, Magallan V, Cordell BJ, Lang S, Demir M, Stärkel P, Llorente C, Palsson BO, Mandyam C, Boland BS, Hohmann E, Schnabl B. Gut microbial ethanol metabolism contributes to auto-brewery syndrome in an observational cohort. Nat Microbiol. 2026 Jan 8.

Dinis-Oliveira RJ. The Auto-Brewery Syndrome: A Perfect Metabolic “Storm” with Clinical and Forensic Implications. J Clin Med. 2021 Oct 10;10(20):4637.

Malik F, Wickremesinghe P, Saverimuttu J. Case report and literature review of auto-brewery syndrome: probably an underdiagnosed medical condition. BMJ Open Gastroenterol. 2019 Aug 5;6(1):e000325.

Xue G, Feng J, Zhang R, Du B, Sun Y, Liu S, Yan C, Liu X, Du S, Feng Y, Cui J, Gan L, Zhao H, Fan Z, Cui X, Xu Z, Fu T, Li C, Huang L, Zhang T, Wang J, Yang R, Yuan J. Three Klebsiella species as potential pathobionts generating endogenous ethanol in a clinical cohort of patients with auto-brewery syndrome: a case control study. EBioMedicine. 2023 May;91:104560.

Tameez Ud Din A, Alam F, Tameez-Ud-Din A, Chaudhary FMD. Auto-Brewery Syndrome: A Clinical Dilemma. Cureus. 2020 Oct 16;12(10):e10983.

双面明星菌:Akkermansia muciniphila——从肠道微生态到情景治疗的探索

谷禾健康

Akkermansia muciniphilaAKK菌)因其独特的黏蛋白降解能力和与宿主健康的复杂关系,目前已成为微生物学和医学研究的前沿热点。谷禾此前已对该菌进行过系统性介绍。

AKK菌——下一代有益菌

肠道重要菌属——Akkermansia Muciniphila,它如何保护肠道健康

本文将继续深入探讨AKK菌的研究前沿。

2004年,当这株微小的厌氧菌首次从人类粪便中被分离出来时,没人预料到它会凭借独特的黏蛋白降解能力(当然目前又陆续发现了几个黏蛋白降解菌),在此后近二十年间掀起一波又一波的研究热潮。

更引人关注的是AKK菌呈现出耐人寻味的双面性:它既是下一代益生菌的希望之星,与代谢健康长寿紧密相连;又在某些特定情境下显现出促进疾病的潜在风险。这种复杂的功能属性,正是当前科研亟待厘清的关键议题。

三篇发表于顶级期刊的AKK菌研究为该领域带来了重要突破:

  • Grant等人发表在《Nature Microbiology》上的综述:探索Akk菌的双重特性(Navigating the duality of Akkermansia muciniphila)
  • Ioannou等人发表在《Nature Reviews Microbiology》上的综述:AKK菌:生物学特性、微生物生态学、宿主互作及治疗潜力(Akkermansia muciniphila: biology, microbial ecology, host interactions and therapeutic potential)
  • Luo等人在《npj Biofilms and Microbiomes》上发表的文章:理性评估AKK菌对肠道健康的益处:优势与挑战(Rational consideration of Akkermansia muciniphila targeting intestinal health: advantages and challenges)

这三篇文献从不同维度构建了迄今为止最为全面和深入的AKK菌研究图景,涵盖了其基本生物学特性、复杂的基因组结构与菌株多样性、与宿主免疫系统的精密互作机制,以及在不同疾病模型中呈现的矛盾表型,系统解析了这些现象背后的科学逻辑。

因此,本文谷禾整合了这三篇文献的核心观点,以科研从业者的视角带领大家深入解构AKK菌的研究进展。我们希望与各位共同探讨一个关键问题:如何理性认知并合理应用AKK菌这个双面细菌,从而真正实现精准调控肠道健康的目标。

01
AKK菌的全面认知:从形态、基因到生态位

嗜黏蛋白阿克曼氏菌Akkermansia muciniphila),简称为AKK菌,属于疣微菌门。这个名字是为了纪念荷兰微生物生态学家Antoon Akkermans博士,而“muciniphila”则源自拉丁语,意为偏爱黏蛋白

注:Antoon Akkermans:荷兰瓦赫宁根大学(Wageningen University)微生物生态学家,对土壤和肠道微生物研究有重要贡献。

AKK菌的发现和命名具有里程碑意义

2004年,仅使用黏蛋白(mucin)作为唯一的碳源和氮源进行富集培养了该菌。AKK菌具备独特的酶系统,能够降解并利用黏蛋白作为其生存和生长的主要能量来源,这种自给自足的能力使其在竞争激烈的肠道环境中占据了稳定的一席之地

其模式菌株为Akkermansia muciniphila MucT(亦写作Muc5),拥有多个菌株编号,如ATCC BAA-835、DSM 22959等,是目前研究中应用最广泛的菌株

生态位

AKK菌在人体肠道中占据着一个非凡的生态位——肠道黏液层。这一层由宿主杯状细胞分泌的黏蛋白糖蛋白构成,是隔开肠道上皮细胞与肠腔内大量微生物的第一道物理和化学屏障

从分布来看,AKK菌不仅存在于人类肠道,也广泛栖息于包括小鼠、牛、猪、兔等多种脊椎动物的胃肠道。

形态与基本特性

在显微镜下,AKK菌呈现为一种椭圆形、不运动、不产芽孢的革兰氏阴性严格厌氧菌。

AKK菌并非绝对厌氧

研究发现,在只有微量氧气的环境中,它不仅能存活,甚至可能生长得更好。这主要得益于其基因组编码的细胞色素 bd 氧化酶复合物等耐氧机制。

也正因为具备这种有限耐氧能力,AKK菌才能适应并定植于结肠黏液层——这里处在厌氧的肠腔与相对更富氧的上皮细胞之间,存在明显的氧梯度。

结构特征,驱动互作

AKK菌约2.66Mb的基因组,是其特殊生活方式的说明书。其中最引人注目的,就是黏蛋白利用基因簇(Mucin Utilization Loci, MULs)。

黏蛋白转运系统:把食物带回家再吃的策略

Grant等人的研究指出,这些基因编码了一套精密的黏蛋白转运系统,能将黏蛋白大分子吞入菌体内部一个叫黏蛋白体的特殊结构中进行降解。这种偏自私的代谢策略,有点像把食物带回家再吃,从而最大限度地减少了与肠道中其他微生物的营养竞争,进而巩固自身的生存优势。

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此外,它的细胞表面也布满了武器。电镜观察到的菌毛样结构,特别是重要的外膜蛋白Amuc_1100,不仅参与黏附,更是与宿主免疫系统直接对话的关键分子。

其细胞壁的肽聚糖层含有非乙酰化的葡糖胺残基,这在革兰氏阴性菌中相当罕见,使其能被宿主的NOD1NOD2受体识别,从而触发免疫应答。这些独特的结构,都为它与宿主之间复杂的相互作用埋下了伏笔。

生态分布:影响因素和趋势

AKK菌在人群中的分布呈现出鲜明的特征

根据人类肠道微生物组图谱对来自20个国家3268名健康人的数据分析,AKK菌在约40.3%的健康供体中被检测到,平均相对丰度为1.24%。这个数字看似不高,但其分布的倾向性却极具信息量。

AKK菌的分布图谱

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Grant et al., Nature Microbiology

a) 在健康人群中,其丰度和患病率存在地理和性别差异。

b) 在不同疾病状态下,其丰度呈现显著变化,例如在IBD中减少,而在帕金森病中富集。

c) 其相对丰度随生命周期动态变化,在百岁老人中再次出现高峰。

d) 进化树揭示了AKK菌属内部复杂的系统发育关系

从图1中我们可以清晰地看到:

-地域与生活方式

工业化人群中的丰度更高,这暗示着饮食生活方式可能是其丰度的重要调节因素。

-年龄

AKK菌在婴儿期迅速定植,成年后逐渐下降,但在百岁老人中却意外地再次富集,被认为是健康长寿的潜在标志物。Luo等人的文章也系统总结了这一现象,指出AKK菌在人类中的年龄依赖性定植模式与在小鼠中的模式恰好相反,这提醒我们在选择动物模型时需格外谨慎。

-疾病状态

这是最能体现其双面性的一点。在炎症性肠病(IBD)患者中,AKK菌丰度显著降低(UC患者中为9.9%,克罗恩病患者中为14.3%);然而,在帕金森病(90.3%)、某些癌症(如黑色素瘤,65.9%)和动脉粥样硬化(83.3%)患者中,其丰度却异常增高。这种看似矛盾的分布模式,强烈暗示AKK菌的角色并非简单的好或坏,而是深度依赖于宿主的病理生理背景。

Tips:看到这些分布数据,首先想到的不是简单的因果关系,而是一个复杂的生态反馈回路。例如,在IBD中,AKK菌的减少可能是肠道炎症环境恶化、黏液层破坏的结果,而非原因。反之,在帕金森病中,其增多也可能是一种代偿性反应,或是神经退行性疾病引发的肠道环境改变所致。将AKK菌丰度作为疾病的生物标志物时,我们必须高度审慎,通过系统证据加以判别:该因素究竟是事件升级的关键驱动(促进因素),是对事态的响应性干预(缓解因素),还是与结果无显著因果关联的伴随出现(旁观变量)。

所以构建真实世界的特定疾病样本人群数据才能更有助于解析复杂的肠道微生态,类似的菌还有如活泼瘤胃球菌和普雷沃氏菌等相互矛盾的研究。

02
菌株多样性

三篇文献都不约而同地强调了菌株水平多样性的重要性

长久以来,大多数研究都围绕着模式菌株MucT(ATCC BAA-835)展开。然而,随着基因组学技术的发展,AKK菌家族的内部复杂性逐渐浮出水面。基于全基因组测序,研究人员已将AKK菌划分为至少四个系统发育群(phylogroups, AmI-AmIV)。

这些不同发育群的菌株虽然16S rRNA基因序列高度相似(>;99%),但其全基因组的平均核苷酸同一性(ANI)却可能低于95%,这已经达到了物种划分的界限。这意味着,我们过去所称的“A. muciniphila”很可能是一个包含多个物种亚种的复合体。这种基因组上的差异,直接导致了功能上的多样性:

代谢能力差异

Loannou等人提到,AmII发育群的菌株拥有合成维生素B12的能力,而AmI发育群则不具备,这直接影响了它们的代谢产物谱。不同菌株对人类母乳寡糖(HMOs)的利用效率也存在显著差异。

对宿主影响的差异

在DSS诱导的结肠炎小鼠模型中,研究人员发现不同的人源AKK菌株对肠道炎症的影响截然不同:一个菌株表现出保护作用,两个菌株没有效果,而第四个菌株甚至有加剧炎症的趋势。这为我们敲响了警钟:随意使用一种AKK菌株来治疗IBD,可能不仅无效,甚至有害。

抗生素抗性差异

模式菌株MucT携带多种抗生素抗性基因(如blaA, dfrA, sul, tetM, van)。但从健康人中分离的菌株,其抗性谱各不相同。考虑到AKK菌具有通过水平基因转移获取新基因的能力,将一个未经充分安全性评估的活菌株作为益生菌推向市场,存在传播抗生素抗性的潜在风险。

对于产业界而言,开发AKK菌产品时,可能要对菌株进行全面的功能和安全性评估(包括代谢能力、免疫调节特性、抗生素抗性谱、基因转移能力等)是不可或缺的关键步骤。

03
生存的智慧:AKK菌与宿主互作的分子机制

AKK菌能在竞争激烈的肠道环境中占据一席之地,并与宿主展开如此复杂的对话,其背后是一套精妙的分子机制。这不仅是它生存的智慧,也是我们理解其双面性的钥匙。

黏蛋白降解

AKK菌对黏蛋白的降解,远非简单的啃食。它拥有一整套工具箱——即种类繁多的碳水化合物活性酶(CAZymes)。这个过程极具策略性:

-外层突破

首先,通过表面的唾液酸酶和岩藻糖苷酶,切除黏蛋白聚糖链最外层的唾液酸和岩藻糖残基。

-核心瓦解

接着,动用半乳糖苷酶、己糖胺酶和硫酸酯酶等,逐步分解聚糖核心结构。

-内部消化

降解产物通过糖转运系统高效内化。AKK菌虽不具备拟杆菌式的典型PULs/MULs基因簇,但其膜转运蛋白能有效摄取降解后的单糖和寡糖,进行发酵,最终产生乙酸、丙酸等短链脂肪酸(SCFAs)。

注:

  • MULs (Mucin-Utilizing enzymes Loci) 通常特指某些肠道共生菌(如拟杆菌属)中的多糖利用位点(PULs)的黏蛋白特化版本。
  • AKK菌虽然也有黏蛋白降解和利用系统,但其机制与拟杆菌的PULs/MULs系统在组织方式上有所不同。

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其中,丙酸的产生尤为重要。它不仅是其他肠道菌的能量来源,还能通过激活G蛋白偶联受体GPR41和GPR43,刺激肠道L细胞分泌胰高血糖素样肽-1(GLP-1),从而参与调节宿主的血糖稳态和食欲。这部分解释了AKK菌在代谢性疾病中的有益作用。

与免疫系统的多渠道对话

AKK菌与宿主免疫系统的互作,是一场多层次、多渠道的复杂对话。Grant等人的文章中这个信息量大的图,为我们生动地展示了这一过程。

AKK菌与宿主结肠黏膜的相互作用机制示意图

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Grant et al., Nature Microbiology

有几个关键的互作途径:

  • 非典型脂多糖的双重调节(Atypical LPS)AKK菌的LPS具有特殊的结构修饰,这使得它与经典LPS(如大肠杆菌来源,主要激活TLR4引发强烈炎症)截然不同。AKK的非典型LPS能同时激活TLR2和TLR4,但诱导产生的主要是抗炎细胞因子IL-10,而非强烈的促炎反应。这种反常规的免疫调节模式,正是AKK菌维持肠道稳态的独特之处。
  • Amuc_1100 蛋白作为AKK菌外膜蛋白的代表,Amuc_1100 能直接结合并激活TLR2。这不仅有助于改善宿主代谢,还能显著增强肠道屏障功能。
  • 分泌型苏氨酰-tRNA合成酶(AmTARS)该分子参与了复杂的免疫调节过程,可能通过TLR2等信号通路促进巨噬细胞向M2型(抗炎型)极化,并促进IL-10的分泌,从而有助于缓解结肠炎。
  • 脂质成分的免疫微调作用AKK菌的脂质成分具有低内毒素活性,它们扮演着免疫微调师的角色,通过调节免疫信号的阈值来维持免疫耐受,而非引发破坏性的炎症风暴。

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图源:doi.org/10.1038/s41579-024-01106-1

  • 细胞外囊泡(EVs)这些信使包裹携带效应蛋白(如Amuc_1100)和特殊脂质,能够传递抗炎信号,增强肠道完整性。
  • 对适应性免疫的影响AKK菌的抗原能够促进初始CD4+ T细胞向调节性T细胞(Treg)分化,并扩增已有的Treg细胞群,从而维持免疫耐受。
  • AKK菌的作用并非总是有益虽然其粘蛋白降解活性在正常情况下促进粘液层更新,但在某些病理状态下,过度的粘蛋白降解可能削弱肠道屏障。此外,一些研究发现IgA肾病患者肠道中AKK菌丰度存在异常,提示肠道菌群失调(包括AKK菌)可能参与疾病进程,但具体机制仍需进一步研究。

04
AKK与其他菌群的互作和影响

AKK菌并非孤立地存在于肠道中,而是作为复杂微生物网络的一部分,与其他细菌、古菌甚至病毒发生着密切的相互作用。这些相互作用包括协同合作、竞争排斥和营养交换(交叉喂养),共同决定了肠道微生态的结构、功能以及对宿主健康的影响。

交叉喂养:生态系统中的资源分享者

尽管AKK菌被描述为自私的黏蛋白降解者,因为它倾向于黏蛋白内化代谢,但这一过程实际上为其他微生物创造丰富的资源。

为产丁酸菌提供底物

AKK菌降解黏蛋白释放的单糖(如岩藻糖)和产生的代谢产物(如乙酸盐、丙酸盐),可以被许多重要的产丁酸菌利用。

例如,在共培养实验中,AKK菌能支持产丁酸菌如Anaerostipes caccaeAnaerobutyricum halliiFaecalibacterium prausnitzii、Roseburia等细菌的生长,并促进有益代谢物丁酸盐的产生。丁酸盐是结肠上皮细胞的主要能源,具有强大的抗炎和维持肠道屏障完整性的功能。

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图源:doi.org/10.1038/s41579-024-01106-1

双向营养交换

AKK菌与其他细菌的相互作用可以是双向的。例如,它与A. hallii之间存在互惠共生关系:AKK菌为A. hallii提供黏蛋白降解产物和乙酸用于丁酸合成,而A. hallii产生的丁酸等代谢物有助于维持适宜AKK菌生长的肠道微环境。

某些研究还提示可能存在更直接的代谢物交换,如维生素或辅因子的共享,但具体机制仍在探索中。

协同作用:共同抵御疾病

A. muciniphila 可能需要其他微生物的存在来预防某些疾病。

1+1>2:微生物协同互作的抗病潜力

例如,在结直肠癌(CRC)小鼠模型 Apc 突变小鼠中,单独定植 A. muciniphila 或幽门螺杆菌导致肿瘤负担增加,而两者共定植则减少了肠道肿瘤数量

A. muciniphila Muc 和狄氏副拟杆菌Parabacteroides distasonis)表现出协同的抗结肠炎关系。

癫痫 Kcna1⁻/⁻ 小鼠中,A. muciniphila Muc和 狄氏副拟杆菌的联合给药通过降低细菌交叉代谢产生的γ-谷氨酰转肽酶活性,在控制饮食条件下预防了癫痫发作

这些发现强调了一个核心观点:微生物之间的相互作用网络,比单一菌株的存在与否更能决定疾病的结局。

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图源:doi.org/10.1038/s41579-024-01106-1

不单单是AKK菌,而应评估菌群的整体效应

这种复杂的互作关系提示我们在应用层面需要更宏观的视野

通过菌株脱除试验发现, A. muciniphila 的引入,与抗炎共生菌普拉梭菌(F. prausnitzii)丰度降低相关(在疾病诱导之前),对柠檬酸杆菌C. rodentium感染的易感性部分归因于这种细菌网络的变化。这意味着,即使 AKK 菌无法长期定植,它作为过客仍可能重塑肠道菌群的功能结构。

因此,未来评估益生菌应用时,不能仅盯着 AKK 菌本身,而应将其视为生态系统的一个扰动因子,充分重视个体间菌群基线的差异,深入评估其对肠道微生态结构和功能的长期重塑作用,以及宿主原有菌群对其行为的反向调控

竞争与拮抗

在肠道有限的生态位中,竞争是不可避免的

与黏液降解菌的竞争

在以MUC2为唯一碳源的体外共培养体系中,当AKK菌与其他的黏液降解菌普通拟杆菌Bacteroides vulgatus)、活泼瘤胃球菌(Ruminococcus gnavus)等一起培养时,AKK菌的生长会受到抑制,而其他细菌的生长则被促进。这表明在黏液降解这一功能上存在激烈的竞争

对其他菌群的负向影响

在某些情况下,AKK菌的存在可能对其他有益菌产生负面影响。

例如,在一个定义的微生物群落中,AKK菌的存在与抗炎共生菌Faecalibacterium prausnitzii丰度的降低相关。但这种相关性并不一定代表因果关系——可能是:环境条件改变导致两者同时变化,或其他因素的间接影响特定疾病状态的反映(如炎症性肠病)。

与普雷沃氏菌的负相关

在人类肠型(enterotype)研究中,AKK菌通常在以Ruminococcus属为主的肠型中富集,而与以普雷沃氏菌为主的肠型呈负相关,这反映的是菌群组成的自然差异,不同肠型由遗传、饮食、地理位置等多因素决定,不是AKK菌排斥普雷沃氏菌,而是不同的生态位和代谢特征。

05
AKK菌在疾病中的矛盾表现

目前最核心、也最令人困惑的部分:AKK菌在不同疾病背景下的双面角色。三篇文献都花费了大量篇幅,尽力为我们揭示了这种环境依赖性。

AKK菌与结肠炎:保护、致病与宿主互作的复杂博弈

关于AKK菌与结肠炎的关系,研究结论充满了矛盾。

保护作用

在常规的DSS化学诱导结肠炎模型中,灌胃AKK菌或其蛋白Amuc_1100,通常能观察到保护效果。其机制包括上调紧密连接蛋白(如ZO-1、Occludin)以修复屏障、减轻内质网应激、促进Treg细胞应答等。Luo等人的综述也证实,活菌能够增加紧密连接蛋白的表达。

致病作用

然而,一旦宿主背景改变,情况就可能逆转。在遗传易感的Il10-/-小鼠(一种自发性结肠炎模型)中,单独定植AKK菌反而会加剧炎症,导致黏液层变薄和促炎细胞因子上调。这表明,在宿主免疫调节能力受损(如缺乏关键的抗炎因子IL-10)的情况下,AKK菌的黏蛋白降解活性可能弊大于利。

宿主蛋白的策反

Grant等人的研究揭示了一个更为精妙的机制。在溃疡性结肠炎患者中,一种名为Intelectin-1(ITLN1)的宿主蛋白会过度表达。这种蛋白会特异性地结合AKK菌,将其拉到更靠近上皮细胞的位置。这种亲密接触在炎症背景下,反而加剧了免疫反应和组织损伤。

感染:启动防御,还是放大风险?

在面对外来病原体入侵时,AKK菌的角色同样摇摆不定。

有益面:抗感染

AKK菌的某些组分或代谢物显示出抗感染的潜力。例如,其产生的三肽RKH能通过阻断TLR4信号通路,保护小鼠免于致死性脓毒症。Amuc_1100蛋白则能预防沙门氏菌引起的肝损伤

有害面:缺膳食纤维就吃粘液层,病原体侵入

AKK菌的关键功能——降解黏蛋白,在特定条件下会为病原体开门

在一项设计精巧的无菌小鼠实验中,研究者发现,缺乏膳食纤维的饮食会导致肠道中的AKK菌饥不择食,转而大量消耗黏液层。这层被削弱的物理屏障,使得致病菌Citrobacter rodentium能够轻易入侵,导致致命感染。

更具说服力的是,当研究者从这个菌群中移除AKK菌后,即使在无纤维饮食下,小鼠也能免于感染。这证明了AKK菌在这种情境下的内鬼角色。有趣的是,一旦恢复富含纤维的饮食,AKK菌的存在反而与较低的病原体载量相关,显示出保护作用。

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Tips:同一种菌,两副面孔:有膳食纤维时,AKK菌是肠道卫士没有纤维时,它却会啃食肠道黏膜。这个营养开关,让它在天使与魔鬼之间切换。这个发现具有极其重要的实践意义。告诉我们,补充AKK菌益生菌的同时,如果忽略了饮食管理(特别是保证充足的膳食纤维摄入),可能不仅无法获益,甚至可能损害肠道屏障,增加感染风险。这为精准营养与精准菌群干预的结合提供了强有力的理论依据。

癌症:抗肿瘤反应与促肿瘤微环境的动态博弈

在癌症领域,尤其是结直肠癌,AKK菌的形象同样复杂。

促癌风险

部分研究在结直肠癌患者的肿瘤组织和相应的小鼠模型中,都观察到了AKK菌的富集。有观点认为,它通过降解黏液屏障,可能为肿瘤的发生发展创造了条件。

抑癌潜力

然而,另一些研究则得出了相反的结论。AKK菌的EVs、乙酰转移酶Amuc_2172等组分,在小鼠模型中显示出抑制肿瘤生长的效果。

在免疫治疗中的助攻

AKK菌在癌症研究中最高光的时刻,莫过于其在免疫检查点抑制剂(如PD-1抗体)治疗中的作用。

多项研究一致发现,对PD-1治疗有反应的癌症患者(包括肺癌、肾癌等),其肠道中AKK菌的基线水平显著更高。更关键的是,在小鼠模型中,将无反应者粪菌移植给小鼠后,再补充AKK菌,能够重新恢复小鼠对PD-1治疗的敏感性。这表明AKK菌可能通过调节全身免疫状态,增强了抗肿瘤免疫应答,从而成为免疫治疗的增效剂

代谢与神经系统疾病:更偏向有益的角色

相较于在炎症和感染中的摇摆不定,AKK菌在代谢性疾病中的有益作用,是目前证据最为一致、也最具转化潜力的领域。无论是动物模型还是初步的人体研究,补充活菌或巴氏杀菌的AKK菌,都被证明能够改善胰岛素敏感性、降低胆固醇、减少脂肪堆积。其机制与促进GLP-1分泌、调节脂肪酸代谢、减轻低度炎症等密切相关。

在神经系统疾病中,AKK菌的关联性再次变得复杂。它在帕金森病和多发性硬化症患者中常常富集,体外实验也显示它可能诱导α-突触核蛋白聚集促炎反应。然而,也有研究将多发性硬化症患者中AKK菌的增多与较低的残疾程度联系起来,提示这可能是一种有益的代偿反应。这种矛盾性再次凸显了菌株差异和宿主背景的重要性。

06
证据驱动的思考与展望:如何提升预测、监测与干预能力?

面对AKK菌如此复杂,我们该如何从科学研究走向临床应用?有幸的是三篇文献为我们提供了一些思考和前瞻性的指导。

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Grant et al., Nature Microbiology

影响AKK菌双重性的因素及潜在治疗策略。AKK菌的最终效应受到菌株差异、饮食微生物互作和宿主状态的共同调节。理解这些变量,有助于我们选择最优的治疗应用方案,例如是使用活菌、灭活菌,还是分离的生物活性组分。

精准应用的策略选择

未来的AKK菌疗法,绝非一招鲜,吃遍天,而应是量体裁衣的精准策略。


活菌 vs. 灭活菌

巴氏杀菌的AKK菌是一个极具吸引力的选择。它在欧盟已被批准为新食品原料,安全性更高,避免了活菌定植和基因转移的风险。

多项研究证实,灭活菌依然保留了大部分有益的代谢调节功能,这可能归功于其热稳定的细胞壁成分(如Amuc_1100)。

整体 vs. 组分

直接使用分离的生物活性组分,是更为精准和安全的策略。例如,将Amuc_1100蛋白作为药物开发,或利用其EVs作为治疗载体

Ioannou 等人的综述强调了 AKK 菌作为“酶学底盘”的巨大潜力。例如利用AKK菌的糖苷酶来改造血细胞表面的ABO血型抗原,展示了从基础研究到生物技术应用的转化潜力。

补充 vs. 内源调节

除了直接补充AKK菌,通过饮食干预(如补充富含多酚的食物、膳食纤维)来扶持宿主内源AKK菌的生长,也是一种温和而有效的方法。

关 键 挑 战

要把 AKK从研究热点真正推进到可精准应用的干预手段,还需要把菌群检测作为贯穿研发—临床—产业化全链条的基础设施,融入以下关键环节:

菌株筛选与鉴定

建立一个标准化的 AKK 菌株功能评价体系,涵盖其代谢谱、免疫调节能力、安全性等多个维度,是实现精准应用的前提。与此同时,需要配套规范化的菌群检测(如 16S/宏基因组与定量检测),用于界定不同菌株在不同微生态背景中的适配性与可重复性,避免同名不同效

情境依赖性的机制阐明

需要更深入地研究,在不同宿主遗传背景、饮食模式和共存微生物群落的影响下,AKK 菌的功能会发生怎样的改变。这需要更复杂的动物模型(如人源化小鼠模型)和多组学技术的结合;其中,纵向菌群检测是识别“谁在场、谁在协同/拮抗、何时发生生态位迁移”的关键手段,也是将机制与真实个体差异对齐的必要条件。

安全性评估

必须对活菌制剂的抗生素抗性传播风险进行严格评估。开发不含抗性基因的工程菌株,或优先使用灭活菌及组分,是未来的方向。同时,应将菌群检测用于追踪干预后菌群结构扰动、耐药基因负荷变化以及潜在机会致病菌扩增等风险信号,实现从前期评估使用中/使用后监测的闭环。

递送与生产工艺

作为严格厌氧菌,如何实现 AKK 菌的大规模、低成本培养,并开发出能保护其在通过胃肠道时保持活性的口服制剂,是产业化面临的技术瓶颈。

在这一过程中,菌群检测同样不可或缺:一方面用于生产端的质量控制(纯度、污染菌与批间一致性),另一方面用于应用端的效果评估与分层(基线菌群与 AKK 定植/丰度变化、关键功能菌群响应),从而把工艺参数—活性保持—体内生态学结果真正连接起来,提升可复制性与可监管性。

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图源:doi.org/10.1038/s41579-024-01106-1

07
关于AKK的一些思考

通过对这三篇力作的梳理,我们对Akkermansia muciniphila的认知,从一个模糊的有益菌形象,变得立体、丰满,也更加敬畏。它不再是一个简单的标签,而是一个充满动态和变数的生命体。

毒理学有一句名言:剂量决定毒性。在微生物学领域,我们或许可以引申为:情境决定属性。对于AKK菌而言,这个情境包含了我们吃下的每一口食物,我们基因中编码的每一个蛋白,以及我们肠道中与之共存的亿万菌群。

作为科研和从业工作者,我们的核心任务在于阐明这些情境依赖性效应的内在机制。未来研究需要超越简单的相关性分析,通过严谨的实验设计和先进的技术手段,明确AKK菌发挥特定生物学效应的必要条件、充分条件及其剂量-效应关系,解析宿主遗传背景、肠道微生态结构、代谢状态等因素对其功能的调控作用等。

探索之路,道阻且长,但充满希望。与各位同仁共勉。

主要参考文献

Grant ET, Monzel E, Desai MS. Navigating the duality of Akkermansia muciniphila. Nat Microbiol. 2026 Jan;11(1):20-30.

Ioannou A, Berkhout MD, Geerlings SY, Belzer C. Akkermansia muciniphila: biology, microbial ecology, host interactions and therapeutic potential. Nat Rev Microbiol. 2025 Mar;23(3):162-177.

Luo Y, Lan C, Li H, Ouyang Q, Kong F, Wu A, Ren Z, Tian G, Cai J, Yu B, He J, Wright AG. Rational consideration of Akkermansia muciniphila targeting intestinal health: advantages and challenges. NPJ Biofilms Microbiomes. 2022 Oct 17;8(1):81.

活泼瘤胃球菌(Ruminococcus gnavus)——多种疾病风险的潜在标志物

谷禾健康

前几日,南方医科大学深圳医院院长周宏伟教授团队在国际顶尖医学期刊《Nature Medicine》上发表了一项重要研究。首次揭示一种名为活泼瘤胃球菌(Ruminococcus gnavus)的细菌产生的物质——苯乙胺,在肝性脑病发生中的关键作用。

同时谷禾的人群检测数据及相关研究也发现,活泼瘤胃球菌(R.gnavus)广泛存在于人体中,超过90%的人可以检测到。并且在例如肥胖、抑郁症炎症性肠病2型糖尿病等疾病患者中丰度偏高

想必很多人对这个名字比较陌生,可能只知道瘤胃球菌属。虽然其名为活泼瘤胃球菌,但关于其的具体归属还有争议(有一段时间它被归类为Blautia属,但最近又被重新归为Mediterraneibacter属)。

活泼瘤胃球菌(Ruminococcus gnavus)是一种革兰氏阳性严格厌氧的细菌,属于毛螺菌科普遍存在于人类和动物的肠道中,是婴儿肠道的早期定植者,并在成年后也持续存在,占健康个体肠道微生物群丰度的0.1%至2%

拉丁语gnavus的意思是忙碌,R.gnavus具有积极的碳水化合物发酵能力,可以将复杂的淀粉降解成更简单的分子。在淀粉麦芽糖和岩藻糖基化聚糖等食物消化中具有重要功能。并产生乙酸盐、丙酸盐、甲酸盐和乙醇,但不产生丁酸盐。

虽然R.gnavus有效利用植物性食物中的糖,但肠道中的糖并非全来自食物,人体自身也会生成糖类,如构成肠道内壁的粘蛋白聚糖。一些菌株依赖这些糖,并进化出策略以持续获取,可能破坏肠道屏障

活泼瘤胃球菌(R.gnavus)生活在我们的肠道内壁,因此可以很好地感知肠道环境的变化并将其与身体的其他部分进行沟通。这在我们的免疫系统中发挥作用,也会对体内其他器官的功能产生影响

研究发现R.gnavus能够产生一种炎性多糖,该分子诱导树突状细胞产生炎性细胞因子,如TNFα(肿瘤坏死因子),可能导致人体的炎症反应。并且越来越多的证据表明,R.gnavus过度生长可能与某些肠道疾病有关,包括炎症性肠病(IBD)、肠易激综合征(IBS)和结直肠癌

此外,研究还发现,患有影响身体其他部位的健康问题(包括感染、过敏肥胖代谢综合征2型糖尿病肝脏疾病神经系统疾病)的人肠道中活泼瘤胃球菌(R.gnavus)的水平较高,说明R.gnavus与这些疾病之间存在相关性

注:这种关联并不一定意味着R.gnavus是这些疾病的原因。相反,它可能只是表明这些疾病为R gnavus在肠道中的生长创造了有利条件。

活泼瘤胃球菌(Ruminococcus gnavus)到底是多种疾病的风险标志物还是正常的肠道共生菌?让我们来一探究竟。

R.gnavus的基本属性

活泼瘤胃球菌(Ruminococcus gnavus)是一种革兰氏阳性厌氧菌,属于厚壁菌门。R.gnavus于1974年首次从人类胃肠道的粪便和内容物中分离出来。当时它被描述为专性厌氧非孢子形成非运动或运动球菌,具有1-3个鞭毛,以链状或成对出现。

R.gnavus ATCC 35913 的扫描电子显微镜图像

拉丁语gnavus的意思是忙碌,指的是该物种的积极发酵能力。这种细菌具有特殊的酶,可以将复杂的淀粉降解成更简单的分子。在淀粉麦芽糖和岩藻糖基化聚糖等食物消化中具有重要功能。可以产生乙酸盐和甲酸盐,但不产生丁酸盐。

R.gnavus的细胞壁由一种复杂的葡配甘露聚糖组成,它具有高度的免疫原性,可以在宿主中诱导特异性抗体

R.gnavus的脂聚糖是一种附着在脂质上的聚糖,也是免疫原性的,可以调节宿主免疫系统。不同品系的R.gnavus具有不同的结构。

R.gnavus的基因组由一条约2.5Mb的圆形染色体和几个不同大小的质粒组成。它编码许多参与碳水化合物代谢的基因。其基因组DNA的G+C含量为43mol%。

虽然R.gnavus ATCC 29149无法在氧气存在下生长,但它确实表现出对大气氧气的一定耐受性,10%-15%的细胞在暴露于氧气1小时后仍保持活力,3小时后下降到0.05%-0.1%左右

该菌株对阿莫西林、替卡西林、头孢噻肟、亚胺培南、普那霉素、万古霉素、利奈唑胺、甲硝唑、利福平、甲氧苄啶/磺胺甲噁唑敏感,对林可霉素、红霉素、左氧氟沙星耐药

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R.gnavus与人体的共生关系

▸ 在生命早期就定植于肠道

活泼瘤胃球菌(R.gnavus)是“正常”人类肠道微生物群的常见成员,多项证据表明其在生命早期就普遍存在。

生命第一年,分娩方式、饮食和遗传等因素都会影响微生物定植。一项针对25名1至24个月大婴儿样本的研究中,确定R.gnavus普遍存在;具体来说,在25个样本中的22个(88%)都检测到了活泼瘤胃球菌(R.gnavus)

▸ 可能在婴儿消化与代谢中发挥作用

活泼瘤胃球菌(R.gnavus)可能是婴儿肠道主要物种,其水平与双歧杆菌属相当。通过16S rRNA基因测序分析的研究强调了R.gnavus与母乳喂养或不同配方奶粉之间的饮食关联

例如,在一项针对90名2个月大婴儿(每组30名)的比较研究中,与喂食牛奶的婴儿中更多样化的微生物特征相比,母乳或山羊奶喂养的婴儿中,毛螺菌科(Lachnospiraceae)的存在仅限于一种物种,即R.gnavus

在另一项随机对照试验比较了喂食乳糖牛奶配方奶粉(CMF)与广泛水解蛋白配方奶粉(EHF,适用于牛奶蛋白不耐受婴儿)的婴儿粪便微生物群。结果显示,随着时间推移,EHF组中R.gnavus丰度增幅最大,成为区分不同食物喂养微生物组的显著特征。

这些数据表明,R.gnavus可能在肠道微生物群构建中发挥作用,并与婴儿正常体重增长状态相关。

▸ 淀粉等固体食物会增加R.gnavus丰度

R.gnavus的相对丰度变化可能体现了婴幼儿微生物群的正常“成熟”。一些证据表明,R.gnavus在断奶后相对丰度增加,而其他物种,如双歧杆菌,已知相对丰度降低。

注:最近一项针对怀孕和分娩时婴儿肠道微生物群(脐带血)的研究显示,R.gnavus与产前血浆25-羟基维生素D(25[OH]D)呈正相关,但与脐带25[OH]D呈负相关

一项研究调查了断奶对605名婴儿微生物群的影响,结果显示首次引入固体食物后,R.gnavus所属的比例显著增加短链脂肪酸(SCFA)分析也反映了肠道微生物群的变化,数据显示断奶期间丁酸盐的产生发生变化。

对28名尼日利亚婴儿出生后第一年内粪便微生物群的分析显示,母乳喂养婴儿以R.gnavusCollinsellaSutterella为主。丁酸盐在断奶开始时(4-6个月大)首次检测到,引入固体食物后乙酸盐和乳酸仍然较高,12月龄时丁酸盐水平较低,与R.gnavus的已知发酵能力一致。

综上所述,这些研究支持R.gnavus肠道早期定植中的作用。一些R.gnavus菌株能够代谢人乳低聚糖(HMO)和粘蛋白,其结构聚糖相似性进一步支持该物种在其他细菌定植过程中发挥重要作用的假设。

▸ R.gnavus在成年后也持续存在于肠道

R.gnavus成年后也持续存在;根据对来自北美和欧洲的健康成年人的粪便样本的宏基因组测序,发现它是存在于≥90%的个体中的物种。

最近,在来自中国、埃塞俄比亚、西班牙、美国和瑞典的健康成年人的公开肠道微生物群宏基因组中发现了R.gnavus平均丰度为0.3%

谷禾多年的检测数据显示,国人活泼瘤胃球菌(R.gnavus)检出率超过95%,表明其在人群中普遍存在,是肠道微生物群的基本组成部分。

▸ R.gnavus有助于消化复杂的碳水化合物

瘤胃球菌分解碳水化合物最有效的细菌属之一。我们知道瘤胃球菌是“降解抗性淀粉的关键菌”。瘤胃球菌能有效地分解坚硬的植物物质,如细胞壁,这有助于人体消化水果蔬菜,不太可能引起胃痛。

注:抗性淀粉是在小扁豆、豆类和未加工的全谷物等高纤维食物中发现的复杂碳水化合物

这种细菌具有特殊的酶,可以将这些复杂的淀粉降解成更简单的分子。这也与它利用一些母乳低聚糖和在粘蛋白聚糖表位上觅食的能力有关。值得注意的是,R.gnavus ATCC 29149具有一种独特的唾液酸代谢途径,专门用于2,7-脱水Neu5Ac。

R.gnavus碳水化合物的最终发酵产物包括乙酸盐、甲酸盐和乙醇,以及丙醇和丙酸盐,但不包括丁酸盐。

2
R.gnavus过高相关的疾病

尽管活泼瘤胃球菌(R.gnavus)是人类肠道微生物群的组成部分,正常情况下在健康个体的肠道中普遍存在,但许多研究表明,当其丰度过高时,可能与多种疾病的发生发展存在密切关联。这些疾病不仅包括与肠道相关的疾病,如炎症性肠病(IBD)、肠易激综合征结直肠癌,还涉及一些非肠道相关的疾病,如代谢性疾病免疫系统紊乱等。

R.gnavus与疾病和潜在分子介质的关联

Crost EH,et al.FEMS Microbiol Rev.2023

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炎症性肠病

克罗恩病(CD)和溃疡性结肠炎(UC)是多因素慢性炎症性肠病,一直与肠道微生物失调有关。越来越多的研究表明R.gnavus炎症性肠病(IBD)之间存在正相关,尽管因果关系仍有待证明。

▸ R.gnavus在IBD患者中含量增加

分析了炎症性肠病(IBD)患者肠粘膜组织的早期研究表明,粘膜相关细菌的丰度增加。例如,与健康粘膜相比,R.gnavusR.torques在CD和UC粘膜中含量更高,而主要的粘液降解细菌A.muciniphila在CD和UC粘膜中的含量明显较低

在一项后续研究中,分析了68名CD患者、84名未受影响的亲属和55名匹配的对照者粪便样本,并使用实时PCR进行定量。结果显示,R.gnavus是五种与菌群失调相关的细菌中唯一在克罗恩病(CD)中丰度增加的物种。

通过内窥镜采集IBD患者粘膜表面样本(43名UC患者、26名CD患者和14名非IBD对照),利用16S rRNA 基因测序分析粘膜相关微生物群落。结果显示,与非IBD对照相比,CD患者变形菌门丰度显著增加,而厚壁菌门拟杆菌门丰度显著降低。其中,埃希氏菌属、瘤胃球菌属(R.gnavus)、放线杆菌属和肠球菌属显著增加,而粪杆菌属、粪球菌属、普雷沃氏菌属和罗氏菌属显著减少

▸ R.gnavus能够诱导产生炎性细胞因子

一项研究发现,肠道细菌R.gnavus产生了炎性多糖,其种群在克罗恩病患者的症状发作期间丰度增加R.gnavus可以合成并分泌具有鼠李糖骨架和葡萄糖侧链的复杂多糖glucorhamnan,它有效诱导树突细胞分泌炎性细胞因子(TNFα),并可能导致R.gnavus克罗恩病之间的关联。

另一项基于对40对双胞胎的肠道微生物群分析的研究显示,在回肠CD患者中,肠杆菌科R.gnavus丰度增加,而粪杆菌属(Faecalibacterium)和罗氏菌属(Roseburia)等核心细菌的消失。

▸ R.gnavus丰度与IBD疾病结果相关

R.gnavus是与克罗恩病相关的菌群,已被确定为导致克罗恩病症状的原因之一。在克罗恩病患者中活泼瘤胃球菌(R.gnavus)的相对丰度升高症状严重相关

通过Illumina MiSeq对IBD患者(70名UC,39名CD)及100名健康对照的粪便微生物群分析显示,它们在 IBD中表现出差异丰度。结合20名IBD患者和12名对照的宏基因组分析与R.gnavus分离株的全基因组测序,强调了R.gnavus菌株水平的重要性

研究还揭示了IBD特异性菌株特异性的基因,这些基因参与氧化应激反应粘附、铁获取粘蛋白利用,可能赋予R.gnavus在IBD患者肠道中的适应性优势。在小鼠模型中,提出了多种支持R.gnavus与 IBD关联的机制。

此外,分析了化疗后接受造血细胞移植和干细胞植入的癌症患者的>10000个纵向微生物群样本,发现R.gnavus的绝对丰度淋巴细胞率负相关,与其生长速率正相关,表明R.gnavus可能驱动高中性粒细胞淋巴细胞比率,这一特征与IBD不良预后密切相关。

注:R.gnavus的富集还与CD患者的心理评分正相关,与次级胆汁酸TDCA和TLCA呈负相关,进一步表明其与患者心理状态疾病进展的关联。

综上所述,一些研究人员认为R.gnavus可以作为 炎症性肠病(IBD)的生物标志物,但因果关系仍有待证明。

2

肠易激综合征

肠易激综合征(IBS)是一种慢性异质性疾病,影响约6%的人口。IBS的病理生理学是多因素的,其中包括肠道微生物群的改变

对IBS患者、健康个体粪便和结肠活检样本,以及小鼠模型样本的细菌测序分析表明,症状和炎症的严重程度可能与粘液相关细菌(如R.gnavus)的变化密切相关

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▸ 在腹泻型IBS患者中明显更丰富

对80名IBS患者(16-70岁)和65名无IBS对照的粪便进行鸟枪法和16S rRNA 测序显示,R.gnavus毛螺菌科其他物种在 IBS 中显著更丰富,尤其在腹泻型IBS(IBS-D)患者中,与外周5-羟色胺(5-HT)水平和严重症状相关

这一现象也在R.gnavus单定植小鼠中得到验证。代谢组学宏基因组学研究表明,R.gnavus的富集与二氢蝶酸水平降低密切相关,二氢蝶酸是叶酸合成的重要中间体,其失调可能导致IBS病理变化

此外,在新诊断的初治IBD或IBS患者(13UC、10CD和26IBS)与健康对照中,基于粪便和粘膜微生物群的16S rRNA 基因测序进一步证实了R.gnavus 作为区分疾病表型潜在生物标志物的作用。

3

结直肠癌

多项宏基因组学研究表明,结直肠癌(CRC)与肠粘膜相关微生物群的显著变化有关。

▸ 粘膜菌群失调与肿瘤形成存在关联

异常隐窝病灶(ACF)是CRC患者结肠中最早可识别的形态学病灶。对接受结肠镜筛查或监测个体的粘附细菌分析显示,与正常粘膜相比,ACF的细菌微生物组谱异质性显著更高;KRAS癌基因突变与R.gnavus呈正相关,提示特定结肠细菌与CRC相关突变之间可能存在联系

这些结果表明,正常粘膜微生物群的扰动可能是早期肿瘤形成的危险因素,粘膜菌群失调可能影响ACF的组织微环境和行为促进其向高级肿瘤发展。

此外,最近一项研究通过16S扩增子测序分析CRC患者治疗前后肠道微生物群,发现R.gnavus脂肪细胞因子信号通路过氧化物酶体通路相关。

4

过敏、免疫和炎症

▸ R.gnavus可能对特应性皮炎有一定保护作用

肠道微生物组失调儿童过敏密切相关,R.gnavus 是儿童过敏的重要参与者。研究表明,患特应性皮炎(AD)的婴儿肠道微生物群与健康婴儿存在差异。通过对129名婴儿队列中随机选取的40名6个月大婴儿(20名对照组,20名AD患者)的肠道微生物组进行全宏基因组测序,发现与免疫发育相关的功能基因存在差异。AD组中A.muciniphilaR.gnavus和Lachnospiraceae bacterium 2_1_58FAA的定植减少,与免疫发育迟缓显著相关。临床前研究进一步支持了R.gnavus在特应性皮炎模型中的保护作用

▸ 食物或呼吸道过敏儿童中R.gnavus升高

相比之下,在受食物或呼吸道过敏影响的儿童中观察到R.gnavus(和F.prausnitzii)的丰度更高。在一项前瞻性双胞胎队列的研究中,在过敏表现出现之前观察到粪便微生物群中R.gnavus的丰度增加,并且与呼吸道过敏或呼吸道过敏与特应性湿疹共存有关。

在小鼠模型中,添加R.gnavus ATCC 29149 导致气道高反应性和炎症(哮喘),表现为结肠和肺中辅助T细胞2的扩增,以及嗜酸性粒细胞肥大细胞浸润结肠和肺实质。

▸ 一些炎症反应中R.gnavus增多

系统性红斑狼疮(SLE)患者中R.gnavus丰度显著增加,且与整体疾病活动呈正比,在狼疮性肾炎患者中尤为明显。狼疮性肾炎患者的粪便中sIgA包被的R.gnavus细菌更多,血清IgG水平升高,主要针对R.gnavus菌株特异性细胞壁脂聚糖抗原。

R.gnavus水平升高也与脊柱关节炎相关,这是一类炎症性风湿病,但其机制尚不明确。此外,COVID-19患者(未使用抗生素)及长期并发症患者的肠道微生物组中R.gnavus水平较高,可能与细菌的肠肺易位或免疫与炎症调节有关。

5

代谢综合征

▸ R.gnavus与体脂率、腰围、血清甘油三酯等指标相关

R.gnavus代谢综合征多个特征密切相关,包括体脂百分比增加。这一关联得到了以挪威20-94岁参与者为基础的大型发现队列(n=2875)及两个复制队列(n=999和n=1341)的分析支持。

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在联合队列中,33.7%的参与者检测到R.gnavus,其存在与脂肪量腰围血清甘油三酯C反应蛋白(CRP)、HbA1c增加HDL降低相关。这些关联在调整混杂因素后依然显著,且在不同性别和年龄(以中位年龄 59.6 岁为界)分层分析中表现一致。

6

肥胖

▸ R.gnavus在肥胖者中更丰富

在一项横断面多种族肥胖表型研究(812 名男性,843名女性,60-77 岁)中,16S rRNA 基因测序显示 R.gnavus能量调整饮食炎症指数(E-DII)和肥胖表型相关。

另一项研究发现,在41名BMI正常者中,R.gnavus 与内脏脂肪密切相关,并与代谢指标呈正相关。早期研究也表明,R.gnavus在肥胖者中明显更丰富,并在减重期间减少,且与高BMI呈正相关。此外,一项研究显示,R.gnavus在对减肥手术无反应的患者中更为丰富

注:瘤胃球菌喜欢植物中的多糖。如果肠道中有过多的瘤胃球菌,可想而知细胞会吸收更多的糖,那就不可避免地导致体重增加。

▸ R.gnavus会影响脂质代谢及信号通路

最近的动物研究表明,R.gnavus影响宿主代谢物。在高脂肪饮食小鼠中,R.gnavus影响肝脏的信号通路和下游脂质代谢,特别是降低FGF21表达,增加肝脏甘油三酯水平血清总胆固醇低密度脂蛋白(LDL)水平,所有这些都会导致代谢紊乱

7

冠状动脉和肝脏疾病

▸ 冠状动脉疾病晚期患者R.gnavus相对丰度增加

肠道微生物组的改变心血管疾病相关。一项病例对照研究通过16S rRNA测序分析了53名晚期冠状动脉疾病(CAD)患者与53名年龄、性别、种族和BMI匹配的对照者的粪便微生物群,发现CAD患者的肠道微生物组丰富度和均匀度降低R.gnavus相对丰度增加超过数倍的五个分类群之一,并在调整糖尿病和血脂异常等风险因素后,与晚期CAD的存在显著相关

▸ 在脂肪性肝病肝硬化中丰度显著增加

宏基因组测序显示,R.gnavus脂肪性肝病(MASLD)肝硬化和脂肪性肝病-肝细胞癌(HCC)患者中最丰富的五种细菌之一,且在MASLD-HCC患者中丰度最高。

此外,R.gnavus与MASLD-HCC和MASLD肝硬化患者的细胞毒性CD8+ T细胞呈负相关,而在MASLD合并冠心病患者中,其丰度低于仅患冠心病的个体。然而,这些研究未包含MASLD对照组,限制了对MASLD肠道微生物组的理解。

已有研究表明,与健康对照和脂肪性肝病对照相比,脂肪性肝病肝硬化患者的R.gnavus丰度显著增加,暗示其可能与脂肪性肝病向肝硬化的进展有关。

▸ 驱动肝性脑病

高达50-70%肝硬化患者会发展为肝性脑病(HE),这与肠道菌群失调密切相关,机制尚不清楚。通过构建肠脑模块评估宏基因组数据集中的细菌神经毒素,研究人员发现主要来自R.gnavus的苯丙氨酸脱羧酶(PDC)基因在肝硬化患者中增加了约10倍,在HE患者中更高

R.gnavus定植的肝硬化、不健康的小鼠表现出脑苯乙胺(PEA)积累,以及记忆障碍、对称性震颤和皮层特异性神经元丢失,通常见于肝性脑病患者。

8

2型糖尿病

▸ 2型糖尿病患者中R.gnavus较高,而抗炎细菌丰度较低

肠道菌群的变化慢性低度炎症2型糖尿病(T2D)发展中起关键作用。一项对T2D患者粪便样本的初步研究发现,R.gnavusLactobacillus ruminisBacteroides caccaeButyricimonas 和 Collinsella aerofaciens丰度较高,而抗炎细菌F.prausnitziiButyrivibrio丰度较低

在一项随访的人群队列研究中,R.gnavus被确定为与新发2型糖尿病(T2D)持续相关的四个物种之一。对134名糖尿病前期成年人的分析显示,梭菌目(Clostridiales)和阿克曼菌(A.muciniphila)丰度降低,而R.gnavus丰度增加。一项基于258名T2D患者的研究发现,富含R.gnavus的微生物簇与适中血糖严重胰岛素抵抗高胆固醇水平相关。

▸ 与妊娠晚期空腹血糖呈正相关

妊娠糖尿病(GDM)研究表明,R.gnavus妊娠晚期空腹血糖呈正相关。此外,糖尿病周围神经病变(DPN)研究显示,甘氨酸熊去氧胆酸和牛磺熊去氧胆酸与R.gnavusPhascolarctobacterium的丰度呈正相关

9

感染与脓毒症

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▸ R.gnavus可能导致外周感染及血液感染

R.gnavus感染病例包括血液恶性肿瘤外周感染,如泌尿生殖系统感染。例如,一名患深部浸润性子宫内膜异位症和盆腔炎的女性在双侧输卵管卵巢脓肿中培养出R.gnavus

R.gnavus血流感染还与憩室病、化脓性关节炎胆囊穿孔多发性骨髓瘤乙状结肠癌化疗患者的肠穿孔以及小肠疝和穿孔引起的粪便腹膜炎相关。这些研究表明R.gnavus感染的致病性与胃肠道损伤密切相关。

10

神经系统疾病

新出现的证据表明,微生物失调可导致神经认知障碍的发生和发展,如精神分裂症、抑郁症双相情感障碍焦虑症和痴呆症

有人认为,饮食生活方式遗传因素外部压力源“合作”调节肠道微生物群组成,从而影响大脑的反应。越来越多的研究报告了患有神经系统疾病的患者R.gnavus水平的变化

▸ 焦虑症、脑癫痫患者R.gnavus增加

尽管研究规模有限,但焦虑症患者的肠道微生物丰富度多样性显著降低,同时R.gnavus丰度增加。一项为期8周的临床试验测试了益生菌对抑郁症的治疗效果,结果显示益生菌组和安慰剂组均有症状减轻,但肠道微生物群未发生显著变化。然而,重度抑郁患者R.gnavus相对丰度显著增加,并与抑郁焦虑压力量表评分呈正相关。

另一项研究发现,R.gnavus脑癫痫患者的癫痫发作显著正相关,这种神经系统疾病以癫痫发作易感性为特征,与健康对照组相比差异明显。

▸ 阿尔茨海默病和认知障碍患者中R.gnavus丰度增加

随着人口老龄化的加剧,微生物代谢物在神经退行性疾病阿尔茨海默病(AD)和帕金森病(PD)进展中的作用受到越来越多关注。在AD患者中,主要特征是淀粉样蛋白β(Aβ)在记忆相关脑区的积累。一项基于AD小鼠模型的研究发现,Aβ蛋白的过表达显著影响肠道微生物群,其抗菌活性导致R.gnavus等物种的丰度变化。

另一项研究调查了PD患者的肠道微生物群,并根据疾病严重程度分组。结果显示,路易体痴呆患者中R.gnavus粪杆菌相对丰度更高。这与另一项研究的结果一致,该研究发现帕金森病(PD)患者肠道中R.gnavus的丰度显著高于健康对照组

易患神经认知障碍的老年人和患有心理症状的克罗恩病患者中观察到R.gnavus的富集。与健康对照相比,中风后认知障碍患者R.gnavus丰度增加,且与认知测试结果呈负相关。对患偏头痛的老年妇女与健康对照(年龄和BMI匹配)的粪便样本进行宏基因组学分析显示,R.gnavus偏头痛组中显著富集的物种之一。

综上所述,这些研究表明R.gnavus神经系统疾病中的丰度增加,尽管因果关系尚未明确。文献倾向于将粘膜相关或粘液溶解细菌的存在与肠道屏障通透性增加或炎症相关联,导致细菌代谢物或分子泄漏,触发炎症并向大脑发出信号。例如R.gnavus ATCC 29149 能够将色氨酸脱羧形成色胺,提高了肠道和中枢神经系统互作的可能性。

然而,目前尚无证据表明R.gnavus能物理改变粘膜屏障。与多形拟杆菌(Bacteroides thetaiotaomicron)或A.muciniphila等物种因其广泛的粘蛋白-聚糖降解能力可分解完整的粘蛋白聚糖链不同,R.gnavus的粘蛋白聚糖降解能力具有菌株特异性,仅限于从上皮屏障外觅食聚糖表位。

R.gnavus与疾病关联的研究

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Crost EH,et al.FEMS Microbiol Rev.2023

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调节R.gnavus的因素

▸ 高糖高肉会增加R.gnavus

饮食肠道微生物群的主要调节因素。在题为“满足欧洲老年人口健康老龄化特定需求的新饮食策略”(NU-AGE)的研究中,调查了饮食肠道微生物群认知之间的关联,结果表明R.gnavus和Collinsella spp.与富含动物产品的饮食有关,被称为“促炎物种”

通过对多种族队列研究(5936名参与者)的粪便样本进行16S rRNA基因测序,确定了饮食质量肠道微生物组的长期关联。结果显示,R.gnavus的存在与健康饮食指数负相关

健康饮食指数(HEI)由13个组成部分组成,最高100分,包括9个充足性组成部分(总水果、全水果、总蔬菜、蔬菜和豆类、全谷物、乳制品、总蛋白质食品、海鲜和植物蛋白以及脂肪酸)以及四个适度成分(精制谷物、钠、添加糖和饱和脂肪)。大多数成分按每1000大卡摄入量的摄入量评分。2

以羊肉、猪肉等红肉为基础的饮食会增加活泼瘤胃球菌(Ruminococcus gnavus)的丰度。

此外,经常食用糖果饮料糕点等,也会导致Ruminococcus gnavus升高,并降低了肠道中某些有益菌

▸ 富含多酚的食物有助于减少R.gnavus

针对R.gnavus的饮食干预研究较少。一项对23名健康个体的随机交叉试验发现,在高红肉饮食中添加高直链淀粉玉米降低R.gnavus的比例;补充富含多酚的红树莓可减少糖尿病前期和胰岛素抵抗成人的R.gnavus。这表明针对活泼瘤胃球菌(R.gnavus)的饮食干预可作为促进健康的策略。

▸ 益生菌调节

唾液乳杆菌(Lactobacillus salivarius Ren)显著减少R.gnavus的数量。

Lactobacillus paracasei DG干预后,瘤胃球菌丰度下降55%(P = 0.016)

口服长双歧杆菌BB536 和鼠李糖乳杆菌HN001 1个月后,Ruminococcus gnavus丰度减少

此外,我们推测多形拟杆菌(Bacteroides thetaiotaomicron)等能够降解碳水化合物有益细菌可能会与R.gnavus竞争,从而抑制R.gnavus的丰度。

但在注射了乳杆菌的小鼠小肠微生物群中,瘤胃球菌过度生长

以下的细菌也可能对R.gnavus具有抑制作用

Bifidobacterium

Coriobacteriales

Adlercreutzia

Collinsella

Bacteroidales

Bacteroides

Porphyromonadaceae

Odoribacter

Parabacteroides

Porphyromonas

Prevotella

Rikenellaceae

Alistipes

Turicibacter

Streptococcus

Clostridiales

Catabacteriaceae

Clostridium

Clostridiales incertae sedis

Peptoniphilus

Clostridiales Family XIII. Incertae Sedis

Lachnospiraceae

Blautia

Lachnospiraceae

Coprococcus

Dorea

Eubacterium

Lachnobacterium

Lachnospira

Roseburia

Lachnospiraceae

Peptococcaceae

Ruminococcaceae

Ruminiclostridium

Acetivibrio

Eubacterium

Faecalibacterium

Oscillospira

Ruminococcus

Acidaminococcus

Dialister

Phascolarctobacterium

Veillonella

Rubrivivax

Alcaligenaceae

Oxalobacter

Bilophila

Desulfovibrio

Campylobacteraceae

Enterobacteriaceae

Escherichia

Erysipelotrichaceae

Erysipelotrichaceae

Holdemania

Akkermansia

▸ 益生元调节

施用低聚半乳糖(GOS)后,R.gnavus丰度下降

龙舌兰菊粉,3周,随机对照试验,交叉试验,R.gnavus减少

玉米可溶性纤维21g/d, 3周,随机对照试验,交叉试验,R.gnavus减少

结 语

尽管活泼瘤胃球菌(Ruminococcus gnavus)是人类肠道微生物群的重要组成部分,通常在健康个体的肠道中广泛存在,但研究表明,其丰度的异常升高可能与多种疾病的发生和发展密切相关。这些疾病不仅包括肠道相关疾病,如炎症性肠病(IBD)、肠易激综合征(IBS)和结直肠癌,还涉及非肠道相关疾病,如神经发育障碍、神经系统疾病、代谢性疾病以及免疫系统紊乱等。

例如,除了最近《Nature Medicine》揭示活泼瘤胃球菌可通过苯丙氨酸脱羧酶及其代谢产物苯乙胺驱动肝性脑病,为肝性脑病提供了潜在诊疗靶点。 今年江南大学王鸿超团队基于机器学习识别关键菌群,发现肥胖个体中肠道共生菌活泼瘤胃球菌丰度增加,且与临床指标显著相关,且通过调节胆汁酸代谢(如促进次级胆汁酸的生成)对宿主代谢产生不利影响,间接阻碍了体重的下降;并可能导致肝脏损伤

因此,监测和预防活泼瘤胃球菌丰度的异常升高对于维持肠道菌群平衡和降低疾病风险具有重要意义。然而,要实现这一目标,需要建立可靠的健康人群和疾病人群的肠道微生物数据库,以明确健康状态下该菌的正常丰度范围及其在疾病状态下的异常变化边界。这些数据库应包括不同年龄、性别、生活方式和地理区域的健康人群数据,同时结合疾病人群的微生物组特征,明确活泼瘤胃球菌的丰度变化与疾病的关联模式。通过这些数据的积累和分析,不仅可以更准确地识别活泼瘤胃球菌的异常丰度阈值,还能为个性化的肠道健康管理和疾病预防策略提供科学支持

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