腸道微生物組(即腸道菌群)是機體內最大的細菌“蓄水池”，對宿主健康具有一系列重要影響。眾所周知，人如其食。飲食與腸道菌群唇齒相依，是決定腸道健康進而影響宿主健康的關鍵因素。例如：膳食脂肪攝入決定了腸道菌群的結構。然而，不同種類的脂肪(如膽固醇)如何與特定腸道細菌相互作用，并引起宿主的健康變化，科學家們對此仍知之甚少。
北京時間8月19日，發表在《Nature Microbiology》上的一項最信研究中，來自康奈爾大學的研究團隊使用了他們開發的新方法首次鑒定出與膽固醇相互作用并產生重要重要分子的腸道細菌。該研究為研究膳食-微生物組在多個系統中的相互作用，以及開發特定飲食療法提供了重要信息。
相信大家對膽固醇已經很熟悉了，它是血液中呈蠟狀存在的脂質。膽固醇很容易在體內產生，或從飲食中獲得，或通過肝臟從頭生物合成獲得。適量的膽固醇可以幫助動物在肝臟中產生膽汁、維生素D和激素，并構建健康的細胞壁。但過量攝入飽和脂肪(多來自紅肉、加工肉、動物內臟等)和反式脂肪會導致肝臟過度產生膽固醇，然后膽固醇會沉積在血管壁上，并逐漸形成斑塊，從而增加了心腦血管疾病的風險。
此前有研究發現，腸道菌群也在宿主相關的膽固醇生物學中發揮了作用，并表征了腸道微生物將膽固醇轉化為名為coprostanol的化合物。人類受試者糞便中coprostanol豐度增加與健康的脂質譜有關。然而，負責與膳食膽固醇相互作用的腸道細菌菌種身份仍難以捉摸。
為了找到它們，在這項新研究中，該團隊使用了他們最新開發的生物正交標記排序序列光譜法(BOSSS)。該方法可以讓研究人員追蹤哪些腸道細菌正在與膽固醇相互作用，然后通過流式細胞熒光分選(FACS)將與膽固醇相互作用的細菌從不發生作用的腸道細菌中分離出來，并且可以從化學過程中發現與膽固醇相互作用的細菌產生了哪些分子。
通過BOSSS技術，研究人員首次發現擬桿菌屬(Bacteroides spp.)就是代謝膽固醇的特定菌種，并確定BT_0416是擬桿菌屬成員Bacteroides thetaiotaomicron中負責將膽固醇轉化為膽固醇-3-硫酸鹽(Cholesterol-3-sulfate)的酶。
膽固醇硫酸鹽是人體中重要的類固醇硫酸酯，發揮多種重要的生理作用。研究人員指出，雖然還需要更多研究，但早期的線索已表明，膽固醇硫酸鹽是涉及嬰兒健康和發育、調節免疫細胞和消化等一系列生物途徑的信號分子。
隨后，研究人員為無菌小鼠定植了缺乏BT_0416酶的工程B.thetaiotaomicron菌株。實驗結果顯示，這些小鼠的腸道菌群不能產生膽固醇硫酸鹽;而定植正常B.thetaiotaomicron的無菌小鼠腸道可以產生膽固醇硫酸鹽。而且，在小鼠體內，B.thetaiotaomicron有助于調節血液中的膽固醇水平。
長期以來，飲食、外源生物和微生物衍生代謝產物的硫酸鹽化一直被認為是由肝臟解毒驅動的宿主過程;但這項研究揭示了一個以前未被表征的由腸道細菌硫酸鹽化外源代謝物的例子。
研究人員表示，雖然大多數膽固醇是由肝臟產生的，但大約五分之一的膽固醇來自動物源性食物。這一發現對母乳提供適當營養的重要性具有重要的參考意義，并還有望帶來新的療法，包括有針對性的飲食、益生菌或從這些細菌產生的分子中提取的新藥物，所有這些都可以減少現有藥物帶來的一系列副作用。
該研究通訊作者、康奈爾大學營養科學系Elizabeth Johnson教授說：“當我們考慮膽固醇代謝和心血管健康時，可能有辦法使用微生物組來調節膽固醇或其他相關脂質的水平。”
總的來說，該研究結果表明B.thetaiotaomicron生物合成的膽固醇硫酸鹽可能通過許多靶點調節宿主健康狀態，因此值得進一步研究。
目前，該團隊已經開始研究那些生物途徑可能需要膽固醇-3-硫酸鹽才能發揮正常作用。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41564-022-01195-9
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