腸易激綜合征(IBS)是最常見的功能性疾病，以一系列胃腸癥狀為特征，包括腹痛、腹脹和排便習(xí)慣異常等。最 新的研究顯示，腸道菌群在腸易激綜合征的病理生理學(xué)中起著重要作用，特別是在腹瀉為主的亞型(IBS-D)中。但目前腸道菌群介導(dǎo)的腸易激綜合征發(fā)展的確切致病機(jī)制尚不清楚。

香港浸會大學(xué)研究揭示了苯乙胺/色胺- TAAR1信號軸治療IBS-D的潛力

2022年12月9日，香港浸會大學(xué)卞兆祥、王凱亮團(tuán)隊在Cell Host & Microbe上在線發(fā)表了題為Ruminococcus gnavus plays a pathogenic role in diarrhea-predominant irritable bowel syndrome by increasing serotonin biosynthesis的研究論文，文章表明了IBS-D患者腸道中高度富集的R. gnavus可以通過膳食必需氨基酸的分解來刺激腸道內(nèi)5-HT的生物合成，從而推動IBS-D的發(fā)展。文章揭示了苯乙胺/色胺- TAAR1信號軸治療IBS-D的潛力。

一、R.gnavus豐度的變化與5-HT代謝的改變有關(guān)，R. gnavus的定植誘導(dǎo)無菌鼠產(chǎn)生類IBS-D癥狀。

研究人員發(fā)現(xiàn)IBS-D患者糞便中活潑瘤胃球菌（R. gnavus）增加，且與腹瀉嚴(yán)重程度及5-HT水平升高呈正相關(guān)。為了研究R. gnavus與IBS-D的確切關(guān)系，通過灌胃使無菌鼠定植R. gnavus，定植菌株后小鼠糞便及血清中5-HT含量上升，出現(xiàn)了腸道運動速度變快、糞便含水量增加、排便頻率增加等類IBS-D癥狀。非靶向代謝組學(xué)研究顯示，定植了R. gnavus的無菌小鼠的糞便樣本中苯乙胺、色胺和酪胺等芳香微量胺含量顯著升高。對IBS-D患者相關(guān)樣品的檢測同樣驗證了上述發(fā)現(xiàn)。這揭示了R. gnavus在IBS-D腹瀉癥狀發(fā)展中的潛在作用。集萃藥康提供了Germ-free C57BL/6J小鼠并完成了無菌鼠的單菌定植、腸道運動速度測定、排便頻率測定等實驗。

圖一：R. gnavus的定植可誘導(dǎo)無菌鼠產(chǎn)生類IBS-D癥狀

二、苯乙胺和色胺通過增加5-HT的生物合成來加速胃腸道運動

那么苯乙胺和色胺在IBS-D中發(fā)揮了什么作用呢？體外EC細(xì)胞模型實驗表明苯乙胺和色胺處理可以使得細(xì)胞產(chǎn)生5-HT，而二者的前體和代謝物，包括苯丙氨酸(Phe)、苯乙酸(PA)、色氨酸(Trp)和吲哚乙酸(IAA)處理，并不改變5-HT水平。在SPF小鼠實驗上，苯乙胺和色胺導(dǎo)致小鼠5-HT分泌增加，腸道運動速度加快，排便頻率加快；而色氨酸羥化酶1 (TPH1)的抑制劑LX-1031有效地抑制了苯乙胺誘導(dǎo)的5-HT水平的升高。這表明，R. gnavus導(dǎo)致糞便苯乙胺和色胺含量增加，從而促進(jìn)腸道中5-HT的生物合成，引起了類似IBS-D中觀察到的腹瀉癥狀。

圖二：IBS-D患者糞便中苯乙胺和色胺與血清5-HT水平和R. gnavus豐度呈正相關(guān)

圖三：苯乙胺和色胺可激活5-HT的產(chǎn)生，加速腸道運動，并在體內(nèi)外模型上增加結(jié)腸分泌

三．苯乙胺通過TAAR1途徑調(diào)節(jié)5-HT的產(chǎn)生

圖四：苯乙胺通過TAAR1依賴機(jī)制刺激5-HT的產(chǎn)生

接下來，研究人員希望找到苯乙胺調(diào)節(jié)5-HT的具體機(jī)制。TAAR1是一種G蛋白偶聯(lián)的芳香微量胺受體，在胃腸道的EC細(xì)胞中表達(dá)。先前的研究表明，包括色氨酸羥化酶1 (TPH1)在內(nèi)負(fù)責(zé)生物合成的酶由PKA和鈣/鈣調(diào)素依賴性激酶激活。通過苯乙胺處理小鼠結(jié)腸組織，PKA和CaMKII的磷酸化的增加證實苯乙胺會將二者激活。這種激活被TAAR1特異性拮抗劑EPPTB抑制。結(jié)果表明苯乙胺激活的TAAR1通過刺激5-HT的產(chǎn)生促進(jìn)胃腸道運動。

四．IBS-D相關(guān)腸道菌群產(chǎn)生的苯乙胺和色胺可促進(jìn)5-HT的合成并加快腸道運動速度

為了驗證苯乙胺和色胺在體內(nèi)的作用，研究人員引入了能表達(dá)色氨酸脫羧酶序列(TDC)的質(zhì)粒，這種酶能催化苯丙氨酸和色氨酸轉(zhuǎn)化為苯乙胺和色胺。與對照組小鼠相比，大腸桿菌TDC+定植的小鼠糞便苯乙胺和色胺含量增多，血清5-HT水平和糞便含水量升高，腸道運動時間縮短。這些結(jié)果表明，TDC基因工程處理的大腸桿菌能在體內(nèi)產(chǎn)生苯乙胺和色胺，并能導(dǎo)致類IBS-D的腹瀉癥狀。在糞菌移植IBS-D病人糞菌的小鼠中和定植R. gnavus的抗生素處理小鼠中，同樣發(fā)現(xiàn)了糞便苯乙胺和色胺含量增多，血清5-HT水平和糞便含水量升高和腸道運動時間縮短的現(xiàn)象，而這些影響會被TAAR1的拮抗劑EPPTB抑制，說明苯乙胺是通過TAAR1途徑調(diào)節(jié)5-HT的產(chǎn)生。

圖五：體內(nèi)由IBS-D相關(guān)細(xì)菌產(chǎn)生的苯乙胺和色胺可促進(jìn)5-HT的合成并誘導(dǎo)腹瀉樣癥狀

結(jié)論：IBS-D患者腸道中富集的R. gnavus能產(chǎn)生苯乙胺和色胺，二者通過激活TAAR1刺激腸道內(nèi)5-HT的生物合成，導(dǎo)致類似IBS-D腹瀉樣癥狀的出現(xiàn)，而TAAR1的抑制劑能緩解移植IBS-D菌群小鼠的相關(guān)癥狀。

原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.chom.2022.11.006