Dev Cell | 韩珉团队揭示细菌肽聚糖促进线粒体稳态的分子机制

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过去多年积累的对肠道菌的研究成果不仅揭示了人体内存在大量细菌和其他微生物 (其数量比人体细胞数还要多)，更确立了这些寄生的微生物对人和动物广泛的生理功能具有重要的调控作用。虽然细菌与人共生(Symbiosis) 的概念预示了许许多多细菌产生的生化分子对动物的生理功能有重要的益处，但是我们对具体哪些分子会产生哪些益处以及其背后的分子细胞学机制的了解还是非常有限的。比如所有的细菌都有动物细胞不具有的细胞壁 (Bacterial cell wall)。肽聚糖(Peptidoglycan, 简称PG) 是组成细菌细胞壁的关键大分子， 也是一些包括盘尼西林在内的抗生素的作用靶点。每次细菌细胞分裂时都需要降解细胞壁并释放许多肽聚糖片段到环境中，对肠道菌来说就是宿主的肠道。过去的研究显示来自致病菌的肽聚糖片段能进入宿主肠道细胞和与某些信号传导蛋白结合而引起免疫反应。但是基于细菌与人共存的理念，我们是否也可以推测动物已经学会利用这些长期，大量存在的肽聚糖片段来推动自己的生理功能呢？

2022年1月18日，美国科罗拉多大学韩珉团队在Developmental Cell上发表文章Bacterial peptidoglycan muropeptides benefit mitochondrial homeostasis and animal physiology by acting as ATP synthase agonists，揭示了细菌肽聚糖促进线粒体稳态的分子机制。

在一个遗传筛选试验中，韩珉实验室的田东博士后发现当线虫被喂食的大肠感菌不能产生某种肽聚糖片段时，线虫表现出非常显著的发育和觅食行为以及线粒体功能的缺陷， 而给这些线虫添加纯化的肽聚糖片段就能克服这些缺陷。

机理研究揭示这些肽聚糖片段的有益功能至少大部分是通过它们进入动物肠道细胞的线粒体后对呼吸链有关的氧化应激(oxidative stress)的抑制来完成的。进一步实验发现这些肽聚糖片段与线粒体ATP合成酶直接结合而促进ATP产生，该研究结果可能定义了这些肽聚糖片段为第一个发现的ATP合成酶的促动因子(Agonist)。因为这些肽聚糖片段广泛存在于哺乳动物肠道而且ATP合成酶的结构是高度保守的，这一新发现的肽聚糖功能在哺乳动物和人体内应该同样存在，并正在被该实验室进行中的研究证实。又因为ATP合成酶活性，线粒体呼吸链状态以及相关的线粒体代谢平衡对许多人类重大疾病(包括多种癌症，神经退行性病和代谢病) 有至关重要的影响，该肽聚糖片段新功能的发现不仅修改了我们对细菌细胞壁代谢物的认识，也指出了一个将来可能用来治疗线粒体相关疾病的新方法。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.devcel.2021.12.016