Carbohydr Polym | 上海药物所合作揭示拟杆菌降解木聚糖的分子机制

　　人的肠道是数百万细菌的宿主，这些细菌对宿主的发育、免疫、代谢、神经等具有重要作用。因此，靶向肠道菌群已经成为重大疾病治疗的策略。研究表明，来自植物包括中草药中不可消化的膳食纤维是塑造肠道菌群组成的主要因素之一。木聚糖（Xylan）作为第二丰富的植物细胞壁多糖，不但是中药中的活性成分，也是常用的膳食纤维之一，对塑造肠道菌群组成具有重要作用。肠道拟杆菌基因组上约20%的基因构成Polysaccharides utilization loci (PULs) 参与碳水化合物的代谢，虽然目前已鉴定出了大量的PULs，但是对PULs的功能研究尚待探讨。解木聚糖拟杆菌XB1A（Bacteroides xylanisolvens XB1A, BX）是从一名法国成年人的粪便分离鉴定的一株对木聚糖具有较好活性的菌株，研究报道解木聚糖拟杆菌具有抗非酒精性脂肪性肝炎（NASH）的作用，而木聚糖具有改善脂代谢、炎症、糖尿病、动脉粥样硬化和结肠癌等疾病症状活性。然而，解木聚糖拟杆菌如何降解和利用木聚糖发挥上述活性尚不得而知。因此，阐明PUL_Xylan的功能机制尤为重要。
　　2023年5月19日，Carbohydrate Polymers 杂志在线发表了中国科学院上海药物研究所丁侃研究员团队与苏州大学张真庆教授团队合作完成的题为“Degradation of xylan by human gut Bacteroides xylanisolvens XB1A”的研究论文，报道了解木聚糖拟杆菌如何降解铁皮石斛中木聚糖S32的分子机制。
　　研究团队详细阐明了解木聚糖拟杆菌基因组上的PUL43_Xylan、PUL70_Xylan降解铁皮石斛源木聚糖S32的分子机制。研究发现，PUL43和PUL70分别编码的内切木聚糖苷酶Xyn10A和Xyn10B可能通过协作的方式降解木聚糖S32的主链，且这两个木聚糖苷酶主要分布在拟杆菌的基因组上，提示拟杆菌可能是降解木聚糖的主要菌株。科研人员还发现，BX_29290SGBP是一个新的木聚糖捕获蛋白，可以特异性的识别长链的木聚糖，而对低聚木糖的识别无特异性。解木聚糖拟杆菌代谢木聚糖产生对宿主有益的小分子代谢物，结合解木聚糖拟杆菌的益生作用，科研人员推测解木聚糖拟杆菌与木聚糖联用可能具有潜在的改善益生作用。该研究成果将为以木聚糖为物质基础靶向调控肠道解木聚糖拟杆菌提供理论基础，同时木聚糖有望成为靶向调节肠道菌群结构的潜在先导化合物。
　　中国科学院上海药物研究所丁侃研究员、李美霞副研究员以及苏州大学张真庆教授为本文的共同通讯作者，上海药物所与南京中医药大学联合培养硕士研究生赵婷婷和丁侃组已毕业硕士研究生乐晗为本文的共同第一作者。该课题获得国家重点研发计划资助、国家自然科学基金、广东省科学技术厅、中山市科学技术厅等项目的基金支持。
　　图. 解木聚糖拟杆菌降解木聚糖S32的分子机制
（供稿部门：丁侃课题组）