在一項新的研究中，來自美國密歇根大學、英國利物浦大學和瑞典哥德堡大學等研究機構的研究人員發(fā)現(xiàn)一種硫酸酯酶（sulfatase）促進了保護腸道內壁的粘液的降解，從而可能導致炎癥性腸?。╥nflammatory bowel disease, IBD）和結直腸癌產生。相關研究結果于2021年10月6日在線發(fā)表在Nature期刊上，論文標題為“A single sulfatase is required to access colonic mucin by a gut bacterium”。

人類腸道微生物群對腸道健康和疾?。ò↖BD和結直腸癌）的幾個方面有很大影響。在結腸中，分泌的粘液形成了一道屏障，將腸道微生物與腸道內壁分開，防止它們之間可能導致這些腸道疾病的密切接觸。

一些腸道細菌能夠利用粘液糖蛋白（mucin glycoprotein），即粘液的主要成分，作為營養(yǎng)來源。然而，目前仍不清楚哪些細菌酶會啟動對粘液糖蛋白中發(fā)現(xiàn)的復雜O-聚糖的降解。

盡管硫酸酯酶在包括疾病在內的許多生物過程中發(fā)揮著關鍵作用，但是這些作者在解決有關它們的特異性和機制方面存在重大的知識差距。

結腸粘液的一個主要成分是一種稱為粘液蛋白2（MUC2）的粘液糖蛋白。粘蛋白的糖基化在胃腸道中是可變的，而在結腸中，特別是在遠端結腸中，粘蛋白的硫酸化增加了。

為了降解粘蛋白中發(fā)現(xiàn)的復雜O-聚糖，一些人類的腸道細菌已經進化出一個復雜的降解酶庫，包括硫酸酯酶。通過描述人類腸道共生菌多形擬桿菌（Bacteroides thetaiotaomicron）產生的12種不同的硫酸酯酶的活性，這些作者能夠發(fā)現(xiàn)，它們對O-聚糖中所有已知的硫酸鹽鍵都具有活性，而且它們對于多形擬桿菌利用遠端結腸粘蛋白的O-聚糖至關重要。這項研究揭示多形擬桿菌具有在高度硫酸化的結腸粘蛋白上生長的強大能力，并且它擁有能夠在O-聚糖中所有已知的硫酸鹽鍵中去除硫酸基的硫酸酯酶。令人驚訝的是，這些作者發(fā)現(xiàn)，一種關鍵的硫酸酯酶對這種細菌在結腸粘蛋白O-聚糖上的生長是極其重要的。

擬桿菌、Phocaeicola菌株和Akkermansia muciniphila在不同粘蛋白O-聚糖中的生長，圖片來自Nature, 2021, doi:10.1038/s41586-021-03967-5。

其中的三種硫酸酯酶的晶體結構為揭示它們的底物特異性的分子基礎提供了機制上的新見解。出乎意料的是，他們發(fā)現(xiàn)其中的一種硫酸酯酶對體外利用硫酸化的O-聚糖至關重要，而且在體內也有重要作用。

這些研究結果使得這些作者深入了解了一組腸道細菌降解粘蛋白的機制，這是一個對正常的微生物腸道定植和諸如IBD和結直腸癌之類的腸道疾病都很重要的過程。

鑒于哺乳動物宿主之間的粘蛋白糖結構可能有所不同，這些關鍵步驟最終可能需要在人類身上得到驗證。

這些發(fā)現(xiàn)將為未來阻斷這一復雜的酶途徑的研究提供信息，并有可能抑制導致IBD等疾病的細菌中的粘蛋白降解活動。（生物谷 Bioon.com）

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