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iMeta | 颠覆肠－肝轴传统认知：肠道菌群与宿主协同互作新模式

发布时间：

2026-04-10

肠道菌群通过代谢产物远程调控宿主器官功能，“肠－肝轴”正是其中的经典通路。然而，以往的研究大多聚焦于“菌群产什么、肝脏就接收什么”的线性逻辑，忽略了宿主在代谢链条中的主动加工能力。肝脏真的只是一个被动的“收货方”吗？中国农业科学院饲料所周志刚团队去年在iMeta上发表的研究给出了颠覆性答案：他们运用16S测序、代谢组学和全基因组测序等多组学技术发现，甘露糖通过富集肠道中的索氏鲸杆菌，诱导其大量产生腐胺；腐胺进入肝脏后，并非直接发挥作用，而是被宿主高效转化为亚精胺，最终缓解脂肪肝。这一“菌群提供前体、宿主完成转化”的协同模式，为我们揭示了一种全新的宿主－微生物互作机制——菌群与宿主之间不再是简单的“发送－接收”关系，而是共同完成一场精密的代谢接力赛。该发现也为通过膳食干预定向调控肠道菌群进而改善宿主代谢健康提供了有力的科学依据。

今天，我们就来深度解读这项研究，看看多组学技术如何一步步揭开这条精妙的代谢接力赛。

英文标题：Host-driven hepatic conversion of gut microbiota-derived putrescine to spermidine mediates mannose’s protective effects against hepatic steatosis in zebrafish

中文标题：宿主驱动下，肝脏将肠道微生物来源的腐胺转化为亚精胺，从而介导甘露糖对斑马鱼肝脂肪变性的保护作用

期刊：iMeta (IF=33.2)

发表日期：2025.12.20

研究亮点

（1）提出“菌产前体（腐胺）、宿主加工（转化为亚精胺）”的肠－肝轴协同新范式，颠覆传统线性认知。

（2）证实甘露糖本身不直接护肝，而是通过选择性富集肠道中的索氏鲸杆菌发挥作用。

（3）索氏鲸杆菌具备甘露糖代谢能力和完整的精氨酸→腐胺通路，但无法进一步合成亚精胺。

（4）宿主肝脏将腐胺转化为亚精胺，是降脂效应的真正执行者。

（5）多组学联合分析完整解析了“菌—代谢物—宿主”三级代谢链路。

（6）揭示了精氨酸→腐胺→亚精胺级联通路，为脂肪肝干预提供新靶点。

摘要

肠道菌群代谢物在肠－肝轴中发挥关键作用，但宿主是否参与菌源代谢物的二次转化以产生有益效应尚不清楚。本研究以高脂饮食诱导的斑马鱼脂肪肝模型，发现膳食甘露糖可显著缓解肝脂肪变性，其机制并非直接作用于肝脏，而是通过选择性富集肠道中的索氏鲸杆菌（Cetobacterium somerae）。结合全基因组测序、代谢组学及同位素示踪技术，证实该菌可通过精氨酸脱羧通路高效产生腐胺，但无法进一步合成亚精胺。体内示踪实验表明，肠道来源的腐胺经血液循环进入肝脏后，84.5%被宿主亚精胺合酶转化为亚精胺，后者才是真正降低肝脏脂质积累的效应分子。敲降亚精胺合酶后，腐胺的降脂作用完全消失。本研究首次提出“菌产前体、宿主加工”的肠－肝轴协同新范式，揭示了精氨酸-腐胺-亚精胺级联代谢通路，为脂肪肝干预提供了新靶点。

研究思路

研究结果

1、甘露糖补充缓解了高脂饮食诱导的斑马鱼脂肪肝

甘露糖补充的高脂饮食（HFD）喂养实验表明，HFD成功诱导斑马鱼脂肪肝（肝脏甘油三酯（TAG）、血清ALT/AST升高）。与HFD组相比，甘露糖组肝脏TAG、脂滴空泡、促炎基因及转氨酶水平均显著降低，并改善了肠道健康。

2、甘露糖补充重塑肠道菌群并选择性富集鲸杆菌属

收集斑马鱼喂食4—6h的肠道内容物进行16S测序，分析发现与HFD组相比，甘露糖补充组（5M、10M）肠道中变形菌门丰度显著降低，梭杆菌门丰度显著增加，其中鲸杆菌属（Cetobacterium）被显著富集。各组α多样性无差异，但PCoA显示HFD组与甘露糖组菌群结构完全分离。Spearman相关性分析表明，鲸杆菌属丰度与肝脏TAG含量呈显著负相关，而变形菌门中的邻单胞菌属和气单胞菌属呈正相关。利用斑马鱼和鲤的公共数据集进一步验证，确认鲸杆菌属与肝脏脂肪含量具有一致且显著的负相关性。

3、索氏鲸杆菌的基因组和生长分析揭示其代谢甘露糖的能力

对斑马鱼肠道中分离培养得到的C. somerae XMX-1, Plesiomonas shigelloides (P. shigelloides) CB5 和Aeromonas veronii (A. veronii) XMX-5进行全基因组测序，发现3株菌具有不同的基因组结构，针对单糖代谢途径进行比较发现，仅索氏鲸杆菌含有甘露糖代谢通路基因。生长实验证实，索氏鲸杆菌能以甘露糖为唯一碳源生长，而另外两株菌不能。这解释了甘露糖为何能特异性富集索氏鲸杆菌。

4、肠道索氏鲸杆菌（而非甘露糖）减少斑马鱼肝脏脂肪积累

无菌斑马鱼实验证实，甘露糖本身不能直接降低肝脏脂肪。但甘露糖塑造的肠道菌群具有降脂效果。单独回补索氏鲸杆菌（10⁶ CFU/g）可显著降低肝脏TAG含量和油红O染色，并改善脂代谢及炎症相关基因表达。而回补P. shigelloides或A. veronii无降脂作用。此外，索氏鲸杆菌还能改善HFD斑马鱼的肠道健康。

5、代谢组学和基因组学分析揭示索氏鲸杆菌中存在精氨酸→腐胺通路

为揭示索氏鲸杆菌降肝脂的机制，联合基因组、代谢组及同位素示踪分析。代谢组显示，腐胺是菌上清液中丰度最高的代谢物之一。基因组注释发现，该菌含有精氨酸脱羧酶、胍丁胺脱亚胺酶和N-氨甲酰腐胺酰胺酶基因，构成完整的精氨酸→胍丁胺→腐胺通路。靶向LC-MS证实，培养48 h后精氨酸被完全消耗，腐胺积累达2.22μmol/mL。添加¹³C标记的精氨酸，在菌体和上清中均检测到¹³C-腐胺。添加D₈-腐胺后，仅检测到D₈-腐胺，未检测到标记的亚精胺，表明索氏鲸杆菌不能将腐胺进一步转化为亚精胺。

6、腐胺对肝功能无直接作用，但其下游宿主代谢物亚精胺可缓解脂肪肝

腐胺的下游代谢物亚精胺已被证实可缓解脂肪肝，但索氏鲸杆菌缺乏亚精胺合酶（srm），不能合成亚精胺。斑马鱼基因组编码srm，斑马鱼肝脏细胞实验证实可将D₈-腐胺转化为D₈-亚精胺（占总量57.78%）。腐胺和亚精胺处理均能降低细胞TAG含量。敲降srm后，腐胺的降脂作用消失，而亚精胺仍有效，证明亚精胺是真正的效应分子。

7、在HFD斑马鱼模型中揭示腐胺-亚精胺的跨界对话

体内同位素示踪实验显示，肠道中的D₈-腐胺可通过血液运输至肝脏，肝脏能将84.50%的D₈-腐胺代谢为D₈-亚精胺，且肝脏中亚精胺含量远高于腐胺。在HFD斑马鱼模型中，直接补充腐胺或亚精胺均显著降低肝脏TAG含量，两组肝脏中的腐胺和亚精胺水平均恢复正常。甘露糖补充组和索氏鲸杆菌回补组也得到一致结果，证实肝脏是腐胺转化为亚精胺的主要场所。

结论

本研究揭示了一种新机制，即通过肠道索氏鲸杆菌与宿主肝脏之间的协同作用，形成精氨酸-腐胺-亚精胺级联代谢通路，从而改善肝脏脂肪变性。我们关于肠道－肝脏轴中微生物与宿主代谢相互作用产生有益代谢物亚精胺的发现，为肠道－肝脏轴中宿主－微生物交叉对话提出了新概念。

（原文链接：http://47.106.81.15:5212/s/epKhg）