BMC MED| 尚东/项红团队发现色氨酸肠菌代谢物norharman作为组蛋白脱乙酰酶拮抗剂减轻急性胰腺炎损伤
转自：生物谷
2023年8月28日，大连医科大学附属第一医院尚东教授及项红副研究员团队在《BMCmedicine》上发表了题为“TryptophanmetabolitenorharmansecretedbycultivatedLactobacillusattenuatesacutepancreatitisasanantagonistofhistonedeacetylases”的研究文章。发现色氨酸经乳酸杆菌代谢的产物norharman能够靶向抑制HDAC1-4酶活性，提高Rftn1启动子区域H3K9/14乙酰化水平，通过促进Rftn1转录抑制巨噬细胞M1型极化，减少炎症反应，从而改善急性胰腺炎损伤。
研究背景
急性胰腺炎(AP)是最常见的消化系统疾病之一，重症患者死亡率高达20-40%。感染并发症和器官衰竭是AP致死的重要决定因素。AP具有特征性肠道微生物表型，主要表现为：菌群多样性减少、致病菌丰度增加而益生菌丰度减少；肠道菌群失调与AP严重程度密切相关。肠道菌群将营养物质分解成功能性代谢产物，如短链脂肪酸(SCFAs)、胆汁酸和色氨酸代谢物等，参与宿主免疫稳态调节。尽管在细胞信号传导中具有调节功能的活性代谢物被逐步发现，只有极少数微生物代谢产物被证明能够调节特定的免疫参数。
促炎细胞因子与抗炎细胞因子应答失衡造成机体免疫调节紊乱，是AP重症化的驱动因素。巨噬细胞具有高度可塑性，受LPS刺激可以分化成具有促炎功能的经典活化(M1)型，释放多种促炎细胞因子（如Tnf-α、Il-1β、Il-6等）。研究团队将巨噬细胞浸润与活化定义为AP重症化的“触发事件”，其可能是AP免疫治疗的潜在靶点之一。研究发现肠道菌群代谢物调控巨噬细胞极化，然而，关于肠道菌群及其代谢产物如何调控宿主免疫炎症反应，参与AP重症化的机制尚不明确。
研究内容
近年来，大量研究报道了肠道菌群参与多种疾病发生发展。本研究中，研究团队通过经典的胰胆管逆行注射STC法建立了AP大鼠模型，16SrDNA测序联合代谢组学发现AP大鼠肠道菌群失调及代谢紊乱，乳酸杆菌相对丰度、色氨酸代谢物含量均降低，且乳酸杆菌与色氨酸代谢呈显著正相关。为了进一步探索乳酸杆菌与色氨酸的相互作用，我们在体外建立乳酸杆菌色氨酸温孵体系，采用富含色氨酸的肉汤培养基分别体外培养3种乳酸杆菌亚种，发现乳酸杆菌能够将色氨酸代谢成norharman、色氨酸、5-HT、吲哚-3-乳酸以及吲哚-3-丙烯酸等5种吲哚类代谢物。因此，我们推测色氨酸肠菌代谢物可能是AP重症化的重要调节物质。
近年来，研究关注乳酸杆菌介导的色氨酸代谢调节宿主易感性和疾病发生发展。研究团队通过LPS体外刺激小鼠巨噬细胞M1型极化，发现norharman能够抑制M1型巨噬细胞标志物Cd68、iNOSmRNA表达。靶向代谢组学证实了norharman主要来源于色氨酸经乳酸杆菌代谢，而非巨噬细胞的内源性物质。体内药效评估发现，norharman能够通过抑制巨噬细胞M1型极化缓解AP重症化。随后，研究团队利用RNA-Seq筛选并聚焦norharman下游的关键基因Rftn1。与对照相比，Rftn1敲减能够促进巨噬细胞M1型极化，norharman能够促进Rftn1高表达，抑制巨噬细胞M1型极化，减轻脂筏结构破坏程度，逆转脂质代谢紊乱，抑制下游多个炎症相关信号通路的激活。因此，Rftn1可能是norharman抑制AP重症化的关键基因。
双荧光素酶报告基因实验发现norharman干预后不能增加Rftn1启动子序列的荧光素酶信号强度，从而否定了norharman与Rftn1启动子区域直接结合。Norharman是一种β-carboline类生物碱，后者及其衍生物能显著抑制HDACs活性。研究团队通过检测HDACs酶活证实了norharman能够抑制HDAC1-4酶活性。同时ChIP实验发现，norharman能够提高Rftn1启动子区域的H3K9/14乙酰化水平，促进Rftn1转录。通过构建Rftn1-/-小鼠，研究团队发现与Rftn1-/-+AP组相比，norharman干预不能逆转小鼠胰腺病理损伤及减少巨噬细胞M1型极化比例。在Rftn1启动子缺失、但存在其它外源启动子促进Rftn1过表达的情况下，norharman丧失了调控Rftn1表达、维持脂筏完整性的作用。
研究结论
总之，本研究发现色氨酸肠菌代谢物norharman能够通过靶向抑制HDAC1-4酶活性，提高Rftn1启动子区域的H3K9/14乙酰化水平，促进了Rftn1转录，从而维持巨噬细胞膜脂筏完整性及脂代谢平衡，抑制巨噬细胞M1型极化(图1)。同时本研究也表明，norharman能够抑制炎症级联反应，可能成为一种潜在的阻断AP重症化的前体药物。
原文链接：https://bmcmedicine.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12916-023-02997-2