科研丨华工＆根特大学: 植物乳杆菌通过降解胃肠道中的核苷来控制小鼠血尿酸(国人佳作)

编译：微科盟煎蛋，编辑：微科盟居居、江舜尧。

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导读

肠道微生物群中的乳杆菌在缓解代谢性疾病方面显示出巨大的前景。然而，人们对乳杆菌如何与循环中的代谢物相互作用的分子机制知之甚少。本研究通过高核苷摄入诱导小鼠高尿酸血症，研究了口服植物乳杆菌(Lactiplantibacillus plantarum)经不同宿主途径对全身尿酸代谢的改善。基因表达分析表明，植物乳杆菌抑制肝脏黄嘌呤氧化酶和嘌呤核苷磷酸化酶的活性，抑制尿酸盐的合成。口服植物乳杆菌14 d后，肠道微生物群组成没有显著变化，α和β多样性无显著差异。然而，多组学网络分析显示，植物乳杆菌的增加和约氏乳杆菌的减少导致了血清尿酸水平的降低。此外，基因组分析和重组蛋白表达表明，植物乳杆菌中的三种核糖核苷水解酶RihA-C能够快速协同催化核苷水解为核碱基。此外，肠上皮细胞对核碱基的吸收低于核苷，这导致尿酸盐生成减少，在9天的管饲期间，喂食核碱基饮食的小鼠比喂食核苷饮食的小鼠产生更少的血清尿酸。综上所述，本研究为确定植物乳杆菌在改善尿酸循环中的具体作用提供了大量证据，强调了植物乳杆菌中存在的RihA-C酶对高核苷饮食诱导的高尿酸血症小鼠尿酸代谢的重要性。尽管核碱基转运与宿主尿酸水平之间的直接联系尚未确定，但肠上皮细胞中缺乏核碱基转运蛋白可能对降低其对尿酸盐产生的吸收和代谢很重要，从而导致宿主血清尿酸水平下降。这些结果为尿酸代谢调节提供了重要的见解。    

论文ID

原名：Lactiplantibacillus plantarum enables blood urate control in mice through degradation of nucleosides in gastrointestinal tract

译名：植物乳杆菌通过降解胃肠道中的核苷来控制小鼠血尿酸

期刊：Microbiome

IF：15.5

发表时间：2023.7

通讯作者：娄文勇，Filip Van Bockstaele

通讯作者单位：华南理工大学食品科学与工程学院；比利时根特大学

DOI号：10.1186/s40168-023-01605-y

实验设计

结果

1植物乳杆菌减轻小鼠高尿酸血症

作者首先通过给昆明小鼠喂食高核苷饮食(HNS)并添加一种尿酸酶抑制剂来诱导高尿酸血症，以产生模拟人类高尿酸症的小鼠表型。正如预期的那样，与接受正常饮食(ND)的小鼠相比，喂食HNS的小鼠表现出高水平的血清尿酸(图1A，图S1A)。然而，在这些小鼠中没有观察到表型变化(例如，体重、肾脏和肝脏与体重的重量比)(图S1B，C)。为了确定添加/不添加植物乳杆菌后HNS小鼠循环尿酸盐的潜在差异，在连续16天内每天两次灌胃107 CFU植物乳杆菌，监测血清、尿液和粪便中的尿酸水平。有趣的是，与HNS小鼠相比，补充植物乳杆菌(HNS  + LP)在第4天及之后的血清尿酸水平较低(图1A，图S1A)，其趋势与别嘌呤醇处理组(HNS+AO)相似，一种降低尿酸盐的疗法。然而，每天5 mg/kg剂量的别嘌呤醇会导致小鼠肾损伤，表现为肾脏与体重的重量比增加(图S1C)，肌酐(Cr)和尿素氮(Bun)的肾功能指数升高(图S1D)，以及H&E染色图像中的可见晶体增加(图S1E)，这在HNS+LP小鼠中未观察到。此外，高核苷饮食引起的肝组织病理变化在植物乳杆菌补充后得到了改善，HNS小鼠中有许多炎性细胞浸润，而HNS+LP小鼠中很少见(图S1E)。这些结果表明，补充乳杆菌对降低血清尿酸水平具有积极作用和安全性。 为了评估植物乳杆菌对尿酸盐代谢的影响，首先对小鼠肝脏中参与尿酸盐合成的关键酶进行了活性检测和qRT-PCR分析。嘌呤核苷磷酸化酶(PNP)通过将核苷转化为碱基参与嘌呤代谢，例如肌苷转化为次黄嘌呤和鸟苷转化为鸟嘌呤。高核苷摄入导致PNP活性和相应mRNA水平增强(图1B)，这表明口服核苷能够穿过肠道屏障，进入血液循环，并遵循肝脏PNP催化的降解。然而，植物乳杆菌抑制了这一途径，HNS和HNS + LP小鼠之间PNP活性的显著变化证明了这一点(图1B)。黄嘌呤氧化酶(XOD)是一种关键的限速酶，参与次黄嘌呤依次氧化羟基化为黄嘌呤和尿酸盐，并产生过氧化氢(H2O2)。与PNP相似，HNS小鼠的XOD活性和表达水平明显高于ND和HNS + LP小鼠(图1C，图S1F)。因此，在HNS小鼠中观察到尿酸盐和H2O2过度积累(图1A，图S1G)，而ND和HNS + LP小鼠表现出较低水平。在HNS + AO小鼠中观察到与HNS + LP小鼠类似的趋势(图1B、C和图S1G)。这些结果表明，植物乳杆菌和别嘌呤醇处理能有效抑制尿酸盐过量产生，这可能与肝脏中XOD和PNP酶活性的降低有关。

通过测定尿酸盐转运蛋白基因的表达，以证实植物乳杆菌对小鼠肾脏和胃肠道尿酸盐排泄的影响。尿酸盐转运蛋白基因SLC2A9和SLC22A12负责近端肾小管基底外侧和顶端膜对尿酸盐的重吸收。值得注意的是，与ND小鼠相比，SLC2A9在HNS小鼠的肾脏中表达上调(图1D，图S1H)。ABCG2基因参与肾脏和肠道运输中的尿酸盐排，在HNS小鼠中表达显著下调(图1E)。此外，SLC17A1仅与肾脏中的尿酸盐排泄呈正相关，高核苷饮食后其mRNA水平显著升高(图1F)。尽管上述基因对血清尿酸盐的贡献远远超过其他基因，但特定基因对肾脏尿酸排泄的定量贡献仍然不明确。在本研究中，ABCG2基因和SLC17A1基因对HNS小鼠尿液中尿酸升高的调控作用相反(图1A，图S1A)，暗示SLC17A1基因在肾脏尿酸排泄中起主导作用。这些结果表明，HNS小鼠血清尿酸升高可能通过以下两种途径引起：(i) XOD和PNP酶介导的尿酸盐合成增强，以及(ii) ABCG2基因可能介导的通过胃肠道的尿酸排泄受到抑制。有趣的是，HNS饮食导致的尿酸盐代谢恶化在补充植物乳杆菌后得到了改善。HNS + AO小鼠肾脏SLC2A9和肠道ABCG2基因的表达行为与HNS + LP和ND小鼠相似。然而，HNS+ AO和ND小鼠之间两个肾脏基因(ABCG2和SCL17A1)差异显著，表明肾脏尿酸盐排泄异常。显然，别嘌呤醇治疗可能会对与尿酸盐排泄有关的肾功能产生影响，尽管观察到血清尿酸显著降低(图1A)。

图1. 植物乳杆菌能抑制尿酸盐的合成，改善肠道尿酸排泄。

A，热图显示连续16天饲喂ND、HNS、HNS+ LP和HNS + AO的小鼠血清和尿液中的尿酸水平 。红色和蓝色表示尿酸水平的高低。数据见图S1A。B-F，小鼠体内尿酸盐的合成和排泄。安乐死后16天，小鼠肝脏中嘌呤核苷磷酸化酶(PNP)(B)和黄嘌呤氧化酶(XOD)(C)的酶活性(左图)和相应的mRNA水平(右图)。PNP和XOD的活性表明了尿酸盐的合成。D-F，qRT-PCR分析尿酸盐转运蛋白mRNA水平，包括参与肾脏尿酸排泄的SLC2A9(D)、ABCG2(E左图)和SLC17A1(F)。E右图显示ABCG2 mRNA水平与肠道尿酸排泄有关。ND，正常饮食；HNS，高核苷饮食；HNS + LP，高核苷饮食+植物乳杆菌；HNS + AO，高核苷饮食+别嘌呤醇处理；每组n = 6只小鼠，除非另有说明。图表显示了平均值(A)和平均值 ± s.d.(B-F)；*P  < 0.05，**P < 0.01，***P  < 0.001，****P  < 0.0001，双尾t检验和单因素方差分析。

2植物乳杆菌影响肠道微生物群和代谢物

除了确定植物乳杆菌对高尿酸血症尿酸盐代谢的影响外，建立高尿酸血症与肠道微生物群之间的关系至关重要。首先，为了揭示高核苷饮食和补充植物乳杆菌对肠道微生物组组成的影响，我们对小鼠粪便进行了16S rDNA基因测序分析。每个样本在测序深度上超过30000 reads证明了对肠道细菌的饱和检测(图S2A)。ND和HNS小鼠、HNS和HNS + LP小鼠之间微生物群落的α多样性分析(如Shanon指数)没有表现出任何显著差异(图S2B)。然而，与ND小鼠相比，HNS小鼠的微生物群β多样性发生了显著变化，如厚壁菌门/拟杆菌门比率增加(图S2C)和基于门水平微生物群丰度的主成分分析(PCA)中的明显分离(图S2D)。然而，与HNS小鼠相比，HNS + LP小鼠没有检测到显著变化。这些结果与之前的文献一致，表明益生菌给药不会显著改变粪便微生物群的组成。对操作分类单元(OTUs)进行了进一步的比较，以更好地区分微生物组之间的差异。共现网络包含39个节点之间的172条边(微生物OTUs) (图S2E)，表明HNS饮食和植物乳杆菌的补充引起了微生物丰度的变化。特别是，15个差异属表明HNS和HNS+LP小鼠的微生物群存在显著差异(表 S2)。 为了确定可能影响尿酸代谢调节的微生物，本研究进行了多组学网络分析，将微生物丰度与植物乳杆菌补充剂调控的代谢参数结合起来(图2A)。该网络包含342条边，连接97个节点。值得注意的是，微生物节点分支(OUTs)与血清尿酸盐直接相关，补充植物乳杆菌后血清尿酸显著降低。接下来，使用NCBI Nucleotide BLAST分析检测这些微生物的分类(表S3)，结果显示4个OTUs与4种细菌物种显著一致，包括约氏乳杆菌(Lactobacillus johnsonii)、罗伊氏乳杆菌(Lactobacillus reuteri)、Lactobacillus murinus和Lactobacillus intestinalis。与HNS小鼠相比 ，HNS+ LP小鼠中约氏乳杆菌和罗伊氏乳杆菌的丰度显著降低(图2B)，但Lactobacillus murinus的丰度略有增加(图S2F)。正如预期的那样，在HNS+LP小鼠的粪便中检测到植物乳杆菌(图2C)。因此，植物乳杆菌可能在调节这些乳杆菌中起着关键作用，从而影响宿主的尿酸代谢。血清尿酸水平与宿主中约氏乳杆菌和罗伊氏乳杆菌丰度之间的相关性进一步证实了我们的推断(图2D，图S2G，H)，先前已证实其与小鼠和人类的2型糖尿病相关。此外，这两种乳杆菌与植物乳杆菌呈负相关(图2F，图S2I)。结果表明，植物乳杆菌有助于降低高尿酸血症小鼠的约氏乳杆菌和罗伊氏乳杆菌的丰度，而这两种菌的丰度与血清尿酸水平呈正相关。 中介中心性的特征是一个节点在网络中连接其他节点的频率，这表明改变肠道微生物群和血清尿酸的重要性。因此，我们研究了网络中的这些乳杆菌是否属于显著影响宿主尿酸代谢的微生物。预测影响宿主代谢参数的乳杆菌值很高，但不是最高的(图2E)，表明对宿主血清尿酸盐具有潜在高影响的微生物可能不一定在调节肠道微生物群落中起核心作用。相比之下，具有最高中介中心性的普雷沃氏菌科(Prevotellaceae)与血清尿酸没有直接联系(图2A)。一些研究已经确定肠道普雷沃氏菌科与帕金森病、肥胖和便秘相互作用。此外，在终末期肾病患者中发现普雷沃氏菌科的丰度与血清中某些毒性分子之间存在直接关联，但这些毒性分子是硫酸吲哚酚、对甲酚和C反应蛋白，而不是血清尿酸盐。普雷沃氏菌科与血清尿酸盐的相关性尚不清楚，尽管它们的关联在本研究中略有提示。

此外，通过1H NMR和1H-13C相关NMR分析，我们检测到35种粪便代谢物(图S3A)，其中20种物质在HNS + LP小鼠中升高(图S3B)。为了确定导致血清尿酸降低的潜在代谢物，进行了多组学网络分析(图S3C)，结果显示血清尿酸盐主要与8种代谢物有关，补充植物乳杆菌显著增加了这些代谢物。其中，短链脂肪酸(SCFA)和葡萄糖是ABCG2在肠道中转运尿酸盐排泄的能量提供者。相反，这些代谢物的下降可能是由HNS小鼠肠道尿酸盐排泄减少的现象解释的(图S1A)。此外，这些升高的代谢物与毛螺菌科和约氏乳杆菌密切相关，前者在HNS+ LP小鼠中增加，后者减少 。特别是，已知毛螺菌科参与SCFA(如丙酸)的产生。尽管先前的研究表明，肠道微生物群及其代谢物参与了高尿酸血症的进展，但高尿酸血症的确切体征尚不清楚。在本研究中，约氏乳杆菌丰度的降低和8种代谢物浓度的升高可能是植物乳杆菌降低高尿酸血症小鼠血清尿酸的肠道调节途径。

图2. 植物乳杆菌可降低肠道中的约氏乳杆菌(Lactobacillus johnsonii)、罗伊氏乳杆菌(Lactobacillus reuteri)。

A，将微生物丰度(蓝色圆圈)与血清尿酸水平(黄色菱形)和参与尿酸盐合成和排泄的关键基因的基因表达(粉色方块)相结合的多组学网络。节点大小和绿色轮廓对应与其他节点组合的度(数量)。红色和蓝色边分别表示两个节点之间的正相关和负相关。喂食ND、HNS和HNS  + LP的小鼠粪便中约氏乳杆菌(B左图)、罗伊氏乳杆菌(B右图)和植物乳杆菌(C)的丰度。图表显示平均值 ± s.e.m。每个符号代表一只小鼠，n.d.表示未检测到。*P < 0.05，**P <0.01 ，单尾t检验。D，ND(蓝色)、HNS(橙色)和HNS + LP(绿色)小鼠之间相关性分析的散点图。点表示微生物丰度(X轴)与血清尿酸水平(Y轴)。E，中介中心性响应改变肠道微生物群和尿酸代谢的重要性。每个符号代表一个操作分类单元(OTU)。F，HNS(橙色)和HNS+ LP小鼠(绿色)相关性分析的散点图 。点表示植物乳杆菌相对于其他微生物的丰度。虚线表示拟合线。图显示了Spearman相关系数和p值。

3植物乳杆菌的三种同工酶将外源核苷转化为核碱基

尽管肠道微生物群及其代谢物的改变在控制尿酸盐代谢方面发挥着重要作用，但上述结果仍不排除植物乳杆菌本身具有降低血清尿酸盐的内在作用的可能性。因此，我们对植物乳杆菌进行了全基因组测序分析和基因功能注释。首先关注植物乳杆菌的核苷酸转运和代谢功能，在COG和KEGG orthology中分别匹配了92个和143个基因(图S4)。注释为核糖核苷水解酶(RihA、RihB和RihC)的三个基因(PROKKA_00051、PROKKA_01337和PROKKA_00511)(表S4)可能参与HNS + LP小鼠中尿酸盐代谢的改变。为了验证我们的假设，我们证实了植物乳杆菌的活全细胞和细胞内无细胞提取物(CFE)对核苷肌苷和鸟苷的降解(图3A)，而死细胞和无细胞上清(CFS)则没有。此外，植物乳杆菌中核糖核苷水解酶的mRNA水平与核苷降解能力呈正相关。结果表明，这些基因可能参与植物乳杆菌核苷的降解。为了进一步验证这些基因的核苷水解能力，我们从植物乳杆菌中克隆了这些基因，并从重组大肠杆菌BL21(DE3)中获得了该酶，其分子量在33–43 kDa范围内(图3C)。具体而言，重组水解酶表现出不同的催化活性，其中RihC的活性最高，其次是RihB和RihA(图3D)，这表明这些基因/蛋白质可能是植物乳杆菌有效降解核苷的关键。接下来，肌苷和鸟苷的水解产物分别是典型的核碱基、次黄嘌呤和鸟嘌呤(图3E、图S5)。此外，在植物乳杆菌或重组水解酶的降解反应后，检测到底物核苷的减少和产物核碱基的增加同时呈比例关系(图3F)。尽管植物乳杆菌中的RihA、RihB和RihC与宿主PNP具有相似的催化肌苷和鸟苷转化的活性，但所产生的水解产物次黄嘌呤和鸟嘌呤不能作为尿酸盐合成的底物。植物乳杆菌中未检测到能够催化鸟嘌呤和次黄嘌呤转化为黄嘌呤和产物尿酸盐的酶(表S5)。因此，HNS+ LP小鼠的肠道可以吸收鸟嘌呤和次黄嘌呤，而HNS小鼠的肠道可以吸收肌苷和鸟嘌呤。此外，植物乳杆菌还可以吸收一定量的由鸟嘌呤/次黄嘌呤渗透酶PbuG转运的核碱基(表S6)，在植物乳杆菌中检测到的细胞内次黄嘌呤和鸟嘌呤证明了这一点(表S7)。植物乳杆菌同时转化核苷和摄取核碱基可能会降低其在宿主体内的肠道吸收，从而减缓尿酸盐的产生。

图3. 植物乳杆菌将外源核苷转化为核碱基。

A，活的或死的植物乳杆菌(左图)、植物乳杆菌细胞内无细胞提取物(CFE)或无细胞上清(CFS)对肌苷(Ino)和鸟苷(Guo)的降解率(右图)。B，不同剂量肌苷(浓度分别为1.14 ± 0.12 mM(高)，0.72 ± 0.06mM(中)和0.13 ± 0.06mM(低))处理后，活植物乳杆菌的降解能力(左图)和关键酶RihA、RihB和RihC的mRNA水平(右图)。C，SDS-PAGE显示重组酶Rih A-C在大肠杆菌BL21(DE3)中诱导表达后的分子量。D，重组RihA、RihB和RihC对肌苷和鸟苷水解的酶活性。E，质谱证实肌苷和鸟苷的降解产物分别为次黄嘌呤和鸟嘌呤。F，在Rih A-C和活植物乳杆菌催化1 h后，底物肌苷和产物次黄嘌呤的比例。Hyp-intra和Hyp-extra分别指在细胞内和细胞外检测到的次黄嘌呤(Hyp)。图表显示了平均值(A，B)和平均值 ± s.d.(D，F)。每个数据点代表三个独立的生物重复(A，B)。数据分析采用双尾t检验和单因素方差分析。**P < 0.01，*** P < 0.001，***P < 0.0001。

4核碱基的有限吸收导致尿酸合成明显低于核苷

肌苷和鸟苷在水中的溶解度明显高于核碱基(表S8)，这引起了我们对核苷的肠道吸收率是否高于核碱基的关注。首先，建立了Caco-2细胞单层，模拟人肠道上皮，以预测口服食品成分的渗透性和吸收。观察到微绒毛和细胞间紧密连接的分化表型(图S6A–C)以及细胞内碱性磷酸酶(AKP)活性增强(图S6D)，表明Caco-2细胞单层具有小肠绒毛上皮的许多功能，包括食物成分的分解和吸收。此外，跨上皮电阻值(TEER)超过300 Ω cm2(图S6E)和标记物Uranine的细胞旁渗透性降低(图S6F)表明所获得的Caco-2单层的完整性。众所周知，由于存在一系列细胞内氧化酶(包括PNP和XOD)，肝和肠上皮细胞都可以产生尿酸盐。为了确定核苷及其组成核碱基对血清尿酸水平的影响，我们监测了分化的Caco-2细胞单层吸收2小时内这些嘌呤代谢物的变化。肌苷和鸟苷的吸收浓度分别显著高于次黄嘌呤和鸟嘌呤(图4A)。有趣的是，核苷在肠道吸收后产生了更多的基底外侧尿酸盐(图4B)。肌苷和鸟苷的表观渗透系数(Papp)显著高于核碱基(图4C)。为了确定这些结果是否也在体内出现，分别给小鼠灌胃相同摩尔数的核苷和核碱基，并在2小时后检测血清尿酸。灌胃核苷的小鼠血清尿酸含量高于灌胃核碱基的小鼠(图4D)，这种现象持续了9天。  

尽管大量研究报道了SLC28(由CNT1-3编码)和SLC29家族蛋白(由ENT1-4编码)与核苷和核碱基物质的转运有关，但每种蛋白质的底物选择性仍然不清楚。因此，我们对小鼠肠上皮细胞中的这两组转运蛋白进行了qRT-PCR分析。在肠的顶端膜中，CNT1、CNT2和CNT3能够转运核苷，其mRNA水平显著增加(图4E)。在基底外侧膜中，ENT1能够转运核苷和核碱基(图4F)，这与之前的研究一致。在喂食高核苷和核碱基饮食的小鼠中，ENT2、ENT3和ENT4的mRNA水平没有观察到显著差异(图4G-I)，其中ENT4先前被鉴定为腺苷特异性转运蛋白。相反，ENT4的mRNA水平似乎受到核苷和核碱基的抑制(图4I)，这可能受到环境pH的影响，因为ENT4的pH依赖性活性在pH 7.4时几乎没有转运活性。总的来说，这些结果与本研究的假设一致，即核苷具有更高的肠道吸收率，并且比核碱基产生更多的尿酸盐，这可能归因于核苷转运蛋白的存在。值得注意的是，在HNB和HNS + LP小鼠中观察到这些转运蛋白的相似行为(图4E-H)。结果表明，植物乳杆菌对血尿酸盐的控制可归因于其将核苷降解为核碱基的能力。

图4. 核苷及核碱基的吸收代谢。

Caco-2细胞单层从顶端侧吸收核苷(肌苷和鸟苷)和核碱基(次黄嘌呤和鸟嘌呤)时，基底外侧各种化合物(A)和尿酸盐(B)的浓度变化。Caco-2细胞单层的顶端侧和基底外侧分别被认为是肠腔侧和血液侧。Ino，肌苷；Hyp，次黄嘌呤；X，黄嘌呤；Guo，鸟苷；G，鸟嘌呤；UA，尿酸盐。C，Caco-2细胞单层核苷和核碱基的表观渗透系数。D，分别灌胃核苷(HNS)和核碱基(HNB)的小鼠的血清尿酸。每组n = 6只小鼠。RT-PCR分析小鼠肠道中参与核苷和核碱基转运的基因CNT1-3(E)和ENT1-4(F–I)的mRNA水平。ND，正常饮食；HNB，核碱基饮食；HNS，核苷饮食；HNS + LP，补充植物乳杆菌的核苷饮食。每个数据点代表三个独立的生物重复。图表显示平均值 ± s.e.m.；*P < 0.05，**P < 0.01，***P < 0.001，****P < 0.0001。  

讨论

据报道，全球不同种族、年龄、性别和地区的高尿酸血症患病率为7.32%，而痛风患病率从不到0.5% 到高达10.3%不等。来自美国和澳大利亚的研究表明，痛风和高尿酸血症的患病率已经趋于稳定。然而，最近的估计表明，在大多数国家，包括发达国家和发展中国家，患病率和发病率继续上升。显然，高尿酸血症和痛风是常见疾病，也是卫生保健系统面临的全球性问题。毫无疑问，痛风和高尿酸血症患病率的增加推动了降低尿酸和相应镇痛治疗的成本。另一个更令人担忧的问题是，药物治疗会导致严重的不良反应，例如，服用降尿酸药物别嘌呤醇引起的亚临床甲状腺功能减退和肾功能损害，补充另一种降尿酸药物非布司他会增加心血管死亡风险。益生菌，尤其是乳酸菌，已被广泛用于生产乳制品，如酸奶、奶酪和泡菜。越来越多的证据强调了乳酸菌对人类生理和病理的有益影响。乳杆菌最显著的益处之一是预防慢性疾病高尿酸血症。 一些研究报道了乳杆菌自发吸收胞外核苷或核碱基的现象，重要的是，它与循环中的尿酸水平有关。在此基础上，含有被认为具有降尿酸功能的活乳杆菌的酸奶在日本市场上生产和销售。很明显，乳杆菌吸收核苷的能力在宿主尿酸代谢中起着重要作用。然而，这些作用背后的分子机制几乎没有得到研究。这项研究表明，植物乳杆菌抑制肠道对尿酸盐前体的吸收和代谢，从而调节肝脏中尿酸盐的合成，以应对口服核苷的摄入。从泡菜中分离得到的植物乳杆菌具有降解鸟苷和肌苷等核苷的能力。使用高核苷饮食诱导的高尿酸血症小鼠，我们已经确定了植物乳杆菌在抑制肝脏XOD和PNP合成尿酸盐活性方面的作用(图1B、C)。尽管几项体内研究表明益生菌对XOD活性有抑制作用，但我们在补充植物乳杆菌的小鼠中观察到PNP活性降低，这表明植物乳杆菌在胃肠道核苷管理中的独特作用。基因组学和重组酶活性的进一步分析表明，植物乳杆菌的核苷降解能力取决于其三种细胞内水解酶RihA、RihB和RihC(图3)。先前的研究表明，L. brevis DM9218的肌苷水解能力是由胞内酶ORF00084贡献的，与RihA相比，其核苷酸序列同源性为84%(图S7)。RihB与另一种植物乳杆菌具有高度相似性，同源性为88%，RihC与Levilactobacillus brevis和Limosilactobacillus fermentum的同源性为85%。显然，核苷水解酶广泛存在于乳杆菌中，甚至存在于其他生物体中，例如大肠杆菌(SQP21335)、梭菌(EXG88370)、酸杆菌(TDI55063)等。然而，这些核苷水解酶对宿主血清尿酸的影响很少被研究。本研究揭示了植物乳杆菌利用一种重要的新机制来催化核苷的有效降解，从而控制宿主体内的尿酸盐代谢。三种核糖核苷水解酶RihA-C将胞外核苷降解为核碱基(图3A)以及植物乳杆菌核碱基的摄取(表S7)一起可能会降低胃肠道中尿酸盐前体的浓度。此外，在核碱基吸收不良的情况下，肠上皮中较少核碱基特异性转运蛋白的存在可能是重要的。核苷含量的降低和肠道对转化核碱基的有限吸收可能会影响PNP和XOD的表达及其酶活性的降低(图1B、C)，并导致血液中尿酸浓度的降低(图4D-F)。 多组学网络分析表明，微生物-微生物相互作用及其代谢物可能影响植物乳杆菌补充小鼠的尿酸代谢(图2A)。具体而言，植物乳杆菌降低了约氏乳杆菌的丰度，而后者直接对血清尿酸盐产生反应。此外，本研究观察到8种代谢物在补充植物乳杆菌后升高，这可能有助于该细菌降低宿主血清尿酸的作用(图S3C)。虽然植物乳杆菌不是HN + LP小鼠肠道微生物群中丰度最高的优势菌，但通过补充单一细菌降低血清尿酸仍然不排除微生物-微生物相互作用及其代谢物发挥作用的可能性。在本研究中，植物乳杆菌与约氏乳杆菌呈负相关，根据多组学网络分析，约氏乳杆菌丰度的变化直接响应血清尿酸(图2A、F)。最近的一项研究表明，约氏乳杆菌在改善葡萄糖代谢从而减轻西方饮食引起的糖尿病方面发挥了重要作用。本研究发现约氏乳杆菌的丰度与葡萄糖水平之间存在类似的相互作用(图S3C)；然而，它对嘌呤代谢和血清尿酸的影响还有待进一步研究。

结论

综上所述，本研究在分子水平上指出了一种可能的机制，即口服单一微生物植物乳杆菌通过将核苷转化为核碱基，从而部分阻断尿酸盐的合成途径，从而有利于降低血清尿酸。然而，至关重要的是，该途径可能对饮食诱导引起的高尿酸血症小鼠有效，但对遗传或内在因素诱导的高尿酸血症小鼠无效。这项研究有望为理解小鼠的高尿酸血症代谢提供见解，但尚不清楚它是否与人类的高尿酸血症一致。

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