腸道微生物與宿主之間互惠共生，密不可分，定植在宿主體內的共生微生物可以通過多種機制影響宿主生理與病理生理功能。其中，膽汁酸是溝通宿主與腸道微生物的關鍵信使分子。初級膽汁酸，如：膽酸（CA）和鵝去氧膽酸（CDCA）在人體肝臟中合成而來，并經由膽囊進入腸道，被腸道微生物代謝為脫氧膽酸（DCA）、石膽酸（LCA）等次級膽汁酸。膽汁酸可以通過調控法尼醇X受體（FXR）、膽汁酸G蛋白偶聯受體5(TGR5)、維生素D受體(VDR)等宿主受體，在宿主糖脂代謝、免疫應答等多個生理與病理生理過程中發(fā)揮關鍵作用，因而受到了研究人員的廣泛關注。然而，目前腸道微生物對膽汁酸的修飾類型還有待挖掘，不同膽汁酸與疾病調控的分子機制尚不明確，菌群膽汁酸代謝的生物合成通路解析仍是該領域的重點與難點。
該研究構建了基于點擊化學富集策略結合非靶向代謝組學方法的次級膽汁酸挖掘體系，發(fā)現腸道菌群對膽汁酸的全新修飾類型—3-?；揎?；通過分離培養(yǎng)建構腸道菌株庫及大規(guī)模篩選，研究團隊發(fā)現單形擬桿菌（Bacteroides uniformis）是3-琥珀酰膽酸（3-sucCA）主要的腸道菌來源；通過基于活性的蛋白追蹤純化策略，研究團隊挖掘出3-sucCA合成酶——“BAS-suc”。最后，臨床隊列提示3-sucCA與代謝相關脂肪性肝炎（MASH）進程呈顯著的負相關性。研究團隊深入解析了3-sucCA在代謝性疾病的保護作用與分子機制，發(fā)現其通過菌群重塑—促進益生菌嗜黏蛋白阿克曼氏菌（Akkermansia muciniphila）的生長，改善腸屏障損傷，降低慢性低水平炎癥，從而逆轉小鼠的MASH表型。該研究為未來臨床治療代謝相關脂肪性肝炎（MASH）等代謝性疾病的潛在藥物開發(fā)提供了基礎研究，為菌源膽汁酸的生物合成研究提供了新的方向，同時也為調控疾病的腸道菌源酶挖掘研究提供了新范式。
該研究建立了一套菌源膽汁酸挖掘體系，利用該挖掘體系，研究團隊通過分子網絡分析發(fā)現了一系列包含酰基化的新型菌源膽汁酸。通過大規(guī)模糞便菌群發(fā)酵液分離與化學合成比對，研究團隊在膽酸所包含的3個可發(fā)生?；磻牧u基位點（3位、7位、12位）中，確認所有的新型菌源膽汁酸其酰基化位置都發(fā)生在3位上。最后，研究團隊在菌群、小鼠、人群三個維度系統地檢測了新型膽汁酸的豐度及流行率，這些?；懼釓V泛存在，可能存在一定的生理作用。在評估新型膽汁酸的豐度及流行率過程中，3-琥珀酰膽酸（3-sucCA）在健康志愿者糞便樣本中表現出了最高的豐度與流行率。為探索3-sucCA的主要腸道菌來源，研究團隊收集了3-sucCA豐度最高的健康志愿者的糞便樣本，通過分離培養(yǎng)建構腸道菌株庫、大規(guī)模菌株篩選、小鼠定植檢測實驗確認了單形擬桿菌（Bacteroides uniformis）在體外或體內都存在3-sucCA合成能力。
為探索單形擬桿菌中負責3-sucCA生物合成的關鍵酶，研究團隊通過大腸桿菌過表達實驗檢驗了單形擬桿菌中所有的16種注釋為?；D移酶的基因，然而這些候選基因都沒有產3-sucCA的活性。接下來，研究團隊以單形擬桿菌裂解液粗酶反應為基礎，通過基于活性的蛋白純化與鑒定方法，逐步根據裂解液>80%硫酸銨蛋白沉淀> 疏水相互作用色譜（HIC）> 離子交換色譜（IEC）層層純化，最終利用蛋白質譜分析揭示出118個候選蛋白。團隊通過異源表達實驗將以上118個蛋白全部進行一一驗證，發(fā)現只有過表達一個被注釋為β-內酰胺酶的蛋白A7UYF6可以使大腸桿菌獲得產3-sucCA的能力。進一步地，研究團隊通過基于CRISPR-Cas系統的厭氧菌基因敲除實驗、近緣同屬菌株過表達實驗、以及純酶體外酶促實驗驗證了該酶負責3-sucCA的生物合成，并將該酶命名為“BAS-suc”。
通過質譜成像技術（DESI-MSI）、體外生長曲線測定以及一系列動物實驗發(fā)現：3-sucCA作為一種局限于腸腔的代謝物，可以通過重塑腸道菌群，尤其是促進嗜黏蛋白阿克曼氏菌（Akkermansia muciniphila）的生長，來改善MAFLD疾病中顯著受損的腸道屏障，增加黏膜厚度及杯狀細胞數量，進而阻礙MAFLD疾病進程。而敲除菌株的動物實驗也說明：單形擬桿菌對MAFLD的改善作用完全依賴3-sucCA的生成。以上結果在臨床隊列中也得到驗證，研究團隊招募了55名經活檢的MAFLD病人與21名對照人群隊列，發(fā)現糞便中3-sucCA含量隨著MAFLD疾病進程逐步降低，且與疾病相關指（ALT/AST）等呈顯著負相關。這些結果揭示了3-sucCA作為新型菌源膽汁酸通過菌群互作改善MAFLD的新范式。
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