揭示胆盐水解酶催化胺结合胆汁酸的形成机制

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揭示胆盐水解酶催化胺结合胆汁酸的形成机制

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来源

https://www.univ-bio.com/article/id-6618.html

近日，美国宾夕法尼亚州立大学的Andrew Patterson教授团队在Nature期刊上发表重要研究成果，揭示了胆盐水解酶（BSH）催化形成胺结合胆汁酸（BBAA）的机制。这一发现不仅深化了我们对肠道微生物调节胆汁酸代谢网络的理解，还为相关疾病的治疗提供了新的思路。

研究背景

近期研究表明，胃肠道中的细菌能够合成氨基酸胆汁酸酰胺酸酯，其能够影响宿主介导的代谢过程。然而，负责这些偶联反应的酶及其对应的细菌基因目前尚未被明确鉴定。
细菌胆汁酸酰胺酸酯（BBAA）在胃肠道中广泛存在，并且与人类炎症性肠病的发生发展密切相关，但这一过程对宿主—微生物群通讯的具体影响机制尚不明确。

研究结果

蛋白质-小分子相互作用

研究团队总结先前相关报道以确定负责产生BBAA的可能候选基因，发现其中胆汁盐水解酶（BSH）基因与BBAA的产生显著相关，这种关联体现在双歧杆菌属和肠球菌属中，两种菌属广泛携带bsh基因以产生BBAA。

为深入探究bsh及其他基因在胆汁酸偶联中的作用，对产生BBAA的长双歧杆菌菌株进行转录组测序，共计鉴定筛选出89个差异表达基因，其中bsh基因显著上调，随后RT-qPCR同样证实了bsh的转录水平显著增加。已知bsh的表达响应于胺结合和非胺结合胆汁酸的混合物而上调，因此推测BSH或具有以未结合胆汁酸为底物的胺N-酰基转移酶活性的可能性。

BSH是一种细菌的N-酰基转移酶

选用BSH抑制剂GR-7抑制经胆酸（CA）及去氧胆酸（DCA）处理的长芽孢杆菌所产生的BSH活性。通过靶向定量代谢分析可知，与载体处理的对照组相比，添加GR-7可使BBAA水平显著降低，尤其是苯丙氨酸和丙氨酸偶联物。

培养bsh缺失（Δbsh）的脆弱拟杆菌菌株，经CA或牛磺胆酸（TCA）处理后，bsh的缺失可阻止CA和TCA诱导的BBAA产生，而互补可恢复BBAA的产生，Δbsh定植小鼠结果亦是如此，这表明BSH具有胺N-酰基转移酶活性。随后将长芽孢杆菌中的bsh基因克隆到pET-28b（+）载体（BlBSH）中，并在大肠杆菌中过表达。将大肠杆菌-BlBSH与CA或TCA孵育可产生BBAA，而未转化的大肠杆菌则不产生BBAA，这表明BSH的存在足以生产BBAA。对BlBSH活性位点附近的9个残基进行定点诱变，发现BSH的N-酰基转移酶活性与每个突变的解偶联活性密切相关。

BBAA水平与微生物群发育相吻合

对从出生到12个月的婴儿粪便进行宏基因组测序，结果显示拟杆菌种群丰度随发育进展逐渐升高，而双歧杆菌的相对丰度降低。靶向定量代谢分析结果表明BBAAs的水平也逐渐升高。在12个月大的婴儿中，肠球菌丰度与宿主结合的胆汁酸和BBAAs（包括Ala、Ile/Leu、Phe、Ser和Tyr）呈正相关。在1个月大的婴儿中，双歧杆菌丰度与宿主结合的胆汁酸呈负相关，与His和Thr的胆汁酸结合呈正相关。这些数据支持了BBAA的产生与表达bsh的细菌的定植呈正相关。

BBAA可激活宿主转录因子

采用Glu-CA或Glu-CDCA处理从小鼠和人小肠隐窝培养的类器官，荧光素酶报告基因分析显示，在小鼠类器官中的Cyp3a11、Cyp1a1和Bsep表达上调，表明孕烷X受体（PXR）和芳基烃受体（AHR）被转录激活。用较高浓度的Glu-CDCA处理后的人类类器官中的AHR受体中的CYP1A1表达也上调，揭示了BBAAs可激活宿主转录因子。