2月29日，中国海洋大学医药学院、山东省糖科学与糖工程重点实验室于广利教授和青岛海洋生物医药研究院尚庆森副教授在人体肠道菌群降解代谢硫酸软骨素方面取得重要研究进展。相关成果以“萨利尔斯拟杆菌是人体肠道菌群中的重要硫酸软骨素降解菌（Bacteroides salyersiae is a potent chondroitin sulfate-degrading species in the human gut microbiota）”为题发表在微生物学领域顶尖期刊Microbiome。
近年来，随着微生物组学、基因组学、代谢组学和生物信息学等技术的发展，肠道菌群逐渐成为生物医药领域研究的热点。人体肠道含有千余种不同功能的细菌，研究肠道菌群与药物的代谢互作可为系统解析药物的药理学机制和药代动力学过程提供全新视角。硫酸软骨素（CS）在陆地与海洋生物中广泛存在，作为一种聚阴离子多糖，具有抗氧化、抗炎、抗凝和免疫调节等多种生理学作用。在中国、美国和欧洲等国家，CS作为口服抗骨关节炎药物及营养补充剂被广泛使用，但人体肠道菌群究竟如何降解代谢CS并未得到阐明。
本研究通过体外模拟发酵技术和系统的糖组学分析发现，不同人肠道菌群降解代谢CS的能力存在显著差异。例如，某些人的肠道菌群可以发酵利用70%的CS，而其他个体只能利用20%。为了挖掘人体肠道中特定的CS降解菌，研究者从23个健康人肠道粪便样本中分离鉴定48种共计586株潜在的CS降解菌。通过比较分析，发现人体肠道中的CS降解菌主要为拟杆菌属细菌。其中，Bacteroides salyersiae CSP6，Bacteroides finegoldii B36-12，Bacteroides xylanisolvens B33-17，Bacteroides thetaiotaomicron B33-4和Bacteroides ovatus B33-4降解CS的能力较强，尤其B. salyersiae CSP6具有最强的CS降解能力，在24 h内可降解约85%的CS。经UPLC-MS/MS分析发现，B. salyersiae CSP6能将CS降解为系列不同聚合度的不饱和寡糖，且主要产物是不饱和四糖。
形态学分析表明，B. salyersiae CSP6菌落呈边缘清晰的灰白色圆形，中心稍突。透射电镜分析显示B. salyersiae CSP6为球杆状菌体。全基因组测序分析结果表明，B. salyersiae CSP6基因组长度为5,561,372 bp，G+C含量为41.95%。生物信息学分析结果显示, B. salyersiae CSP6 有375个基因参与碳水化合物转运与代谢，具有丰富的碳水化合物代谢特性。通过对细菌基因组的碳水化合物活性酶（CAZymes）进行分析发现，PL29、PL8_3和GH88是B. salyersiae CSP6降解CS的关键酶。通过再生培养基筛选进一步发现，仅有Bacteroides stercoris能够发酵利用B. salyersiae CSP6降解产生的不饱和四糖，提示二者存在互利共生关系，为从微生物生态学角度解析CS的降解和代谢过程提供了理论基础。
图1 人体肠道菌群降解代谢硫酸软骨素机制图
中国海洋大学医药学院为本论文第一通讯单位和作者单位，于广利教授与尚庆森副教授为共同通讯作者。硕士生王亚敏为第一作者，博士生马明凤和戴维为共同作者。于广利教授从事糖类药物研发及教学工作30多年，现为海洋药物教育部重点实验室主任和山东省糖科学与糖工程重点实验室主任，是山东省泰山学者攀登计划专家。尚庆森副教授是山东省泰山学者青年专家和中国海洋大学“青年英才工程”副教授，主要从事糖药物与肠道菌群的互作关系研究。该研究得到了国家自然科学基金重大和青年项目、山东省自然科学基金、泰山学者攀登计划和泰山学者青年专家等项目经费的资助。
文章链接: https://microbiomejournal.biomedcentral.com/articles/10.1186/s40168-024-01768-2