我們人體的胃腸道里寄生著超過10萬億種、1000多種不同的真菌。 這種數(shù)量龐大、種類繁多的微生物被稱為肝臟菌群，被稱為人體的“第二大腦”[1]。 除了影響我們的體重、消化能力、抵抗感染的能力和自身免疫性疾病的癌癥風(fēng)險之外，它們甚至可以控制身體對抗生素的反應(yīng)什么是物理消化，以進(jìn)行疾病的診斷和治療[2]。 現(xiàn)代科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，與人體共存的肝臟菌群不僅僅是簡單的真菌群落，而早已成為人體重要的代謝“器官”，與人體健康密不可分。
肝臟菌群——人體重要的代謝“器官”
食物的消化
古語云，人如鐵，米如鋼。 如果你不吃一頓飯，你就會感到饑餓。 如果按每人每晚吃1公斤食物測算，我們一生將消耗25.55噸食物。 那么肝臟是如何消化吸收食物，進(jìn)而影響人體健康的呢？ 當(dāng)食物進(jìn)入口腔時，我們的身體開始消化它。 一方面，通過吞咽和胃腸蠕動進(jìn)行化學(xué)消化。 同時，我們的消化腺能否分泌消化液來消化物理消化。 這兩點是我們所熟悉的，也是多年來教科書上寫的。 據(jù)悉，另一個非常關(guān)鍵的點是肝臟微生物向食物的轉(zhuǎn)化，這一點一直被我們忽視。 那么，肝臟微生物如何轉(zhuǎn)化食物呢？ 有句話說得好，工欲善其事，必先利其器，肝菌群要發(fā)揮消化食物的功能，必先磨練自己的裝備，武裝自己乳牙。 酶就像微生物的臼齒。 當(dāng)菌群遇到你喜歡的食物時，它會迅速調(diào)整和調(diào)動相應(yīng)的酶，有針對性地組裝成一對鋒利的臼齒，高效、準(zhǔn)確地夾緊、分解和轉(zhuǎn)化食物。 同時，零食也為其最忠實的同學(xué)——人體提供了更易吸收、強(qiáng)效的營養(yǎng)成分。 肝臟中的酶主要由兩部分組成，一部分是我們自身基因組編碼的酶；另一部分是我們自身基因組編碼的酶； 另一部分是肝臟菌群編碼的酶，這部分酶可能占據(jù)了較大的比例。
肝臟菌群的“臼齒”——酶
復(fù)雜黃酮類化合物的轉(zhuǎn)化
我們每晚從飲食中攝入大量的水果、水果和谷物。 這種動物源奶富含大量復(fù)雜的單寧，如抗性淀粉、果膠、木聚糖等，但人體只能直接消化日常飲食中攝入的碳水化合物中的個別淀粉和脂類，而其余的復(fù)雜黃酮類化合物可以運輸?shù)酱竽c并被肝臟菌群利用。 因此，人體肝臟微生物群對于代謝不能被人體直接消化和吸收的碳水化合物至關(guān)重要。 碳水化合物活性酶(-,)是存在于人類肝臟中的一類酶，可降解復(fù)雜的黃酮類化合物，包括香豆素酯酶(,GHs)、糖苷轉(zhuǎn)移酶(,GTs)、多糖裂解酶(,PLs)、碳水化合物酯酶(,CEs) ）和輔助氧化還原酶（，AA）。 肝臟菌群通過其各類編碼對主鏈和側(cè)鏈上的一系列香豆素鍵進(jìn)行酯化和修飾，通過多種酶的協(xié)同作用，降解人體不能直接消化吸收的復(fù)雜碳水化合物。 可以產(chǎn)生信號分子進(jìn)一步用于人體細(xì)胞，從而調(diào)節(jié)人體的生理和病理過程[3]。
日常飲食中復(fù)雜黃酮類化合物的主要來源
結(jié)構(gòu)生物學(xué)推動解開酶世界
酶很強(qiáng)大，但它們看不見或摸不著。 結(jié)構(gòu)生物學(xué)就像一個超級放大鏡，將肉眼看不見的酶放大到原子水平，以各種美麗的形式呈現(xiàn)在我們眼前。 為此，在它的幫助下，我們可以從根本上揭開肝臟中酶與食物之間的“鎖與鑰匙關(guān)系”。 隨著分子生物學(xué)、結(jié)構(gòu)生物學(xué)和酶技術(shù)的不斷發(fā)展，人們也從人體肝臟菌群中發(fā)現(xiàn)了具有獨特催化和結(jié)構(gòu)特征的新型酶[4]，為揭示肝臟菌群的秘密提供了新的途徑。改變?nèi)橹破烦煞帧?酶機(jī)制有幫助。 本文以生活中常見但成分和結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜的單寧為例，探討其在肝臟中的酶促轉(zhuǎn)化機(jī)制。
我們的日常飲食富含一類特別復(fù)雜的低聚糖——單寧。 根據(jù)其側(cè)鏈和羰基，它們可分為四種類型：同型半乳糖醛酸、鼠李糖半乳糖醛酸I和II、以及木糖半乳糖醛酸。 其中，II型鼠李半乳糖醛酸（-II，RGII）的組成和結(jié)構(gòu)最為復(fù)雜，包括13種黃酮類化合物、21種香豆素鍵和5種官能團(tuán)。 達(dá)到其有效降解。 研究發(fā)現(xiàn)，人肝臟的地錢（P.）可以通過黃酮位點（loci，PULs）編碼的不同碳水化合物活性酶協(xié)同降解飲食中的復(fù)雜黃酮類化合物。 當(dāng)目標(biāo)是不同的寡糖時，相應(yīng)的PUL迅速下調(diào)并表現(xiàn)出不同的寡糖降解機(jī)制[5]。 大多數(shù)酶始終按照一把鑰匙打開一把鎖的原理工作，并催化單個位點。 據(jù)悉，有些酶同時具有兩個催化模塊，可以協(xié)同催化兩種不同的反應(yīng)。 如[6]，它可以協(xié)同催化同一胺基中兩個相鄰位點和兩個不同香豆素鍵的酯化反應(yīng)。 從結(jié)構(gòu)上來看，它富含兩個空間上相對獨立的不同催化域。 就像周伯通的右手左右斗法一樣，右手畫圓，右手畫方，右手施展不同的武功招式。 面對敵人時，分成聯(lián)合攻擊，發(fā)揮以一敵二的療效。 事實上，兩個不同的催化結(jié)構(gòu)域是由同一條氨基酸鏈折疊而成，但每個結(jié)構(gòu)域及其相應(yīng)底物的識別始終堅持專業(yè)化原則。 （詳情請點擊閱讀原文）
不難看出，肝臟菌群在食物黃酮類化合物的轉(zhuǎn)化中起著不可或缺的作用，而菌群的摩爾酶更是不可或缺。 食物、腸道菌群和酶就像一個鐵三角，穩(wěn)定地相互作用、相互支撐、相互影響，共同守護(hù)我們的營養(yǎng)和健康！ 深入了解肝臟菌群編碼的酶，可以幫助我們更好地理解菌群與人體之間的耦合關(guān)系。 數(shù)量上仍存在巨大差異，具有很大的研究價值和挖掘潛力。 據(jù)悉什么是物理消化，對黃酮類化合物的結(jié)構(gòu)分析和降解機(jī)理的深入研究也促進(jìn)了相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。 除了為針對肝菌（肝酶）的精準(zhǔn)營養(yǎng)和精準(zhǔn)醫(yī)療提供重要的理論基礎(chǔ)外，還為新的黃酮類或寡糖的設(shè)計提供了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。
細(xì)菌、酶和食物相互作用
參考
【1】趙玉雙，鄭松柏。 肝臟菌群演替及其影響因素研究進(jìn)展實用老年學(xué),2018,32(5):403-407
【2】翟啟曉，田鳳偉，王剛，等。 肝臟微生物與人類健康研究進(jìn)展. 乳品科學(xué),2013,34(15):337-341
【3】周志炎，徐鑫，周元。 人體微生物碳水化合物活性酶的研究進(jìn)展華西口腔醫(yī)學(xué)雜志,2019,37(06):666-670
【4】, C..in, 2018, 47:126-133
【5】YeM, YuJ, ShiX, et al.bythe -:and., 2020:1-20
【6】Ndeh D,, A, et al.bygut., 2017, 544(7648):65-70
作者簡介：辛鳳嬌，博士，研究員，博士生導(dǎo)師，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)產(chǎn)品加工研究所乳品酶工程創(chuàng)新團(tuán)隊首席科學(xué)家，校級“青年拔尖人才”。 主要通過X射線、Cryo-EM等結(jié)構(gòu)生物學(xué)和生化分子生物學(xué)方法進(jìn)行生物質(zhì)定向酶解轉(zhuǎn)化、腸道菌群向乳制品成分的酶轉(zhuǎn)化機(jī)理、食品酶及乳制品功能增強(qiáng)的開發(fā)和研究其他研究工作。