隨著腸道微生物群與人類健康關(guān)系研究的不斷深入，益生菌在健康領(lǐng)域的應用受到廣泛關(guān)注。作為新一代益生菌的代表，嗜黏蛋白阿克曼菌（Akkermansia muciniphila，AKK）在維持腸道屏障功能，調(diào)節(jié)免疫平衡及代謝穩(wěn)態(tài)方面表現(xiàn)出獨特的益生特性。AKK在人體腸道中占比約1%~3%，代謝黏蛋白產(chǎn)生短鏈脂肪酸參與宿主能量代謝和免疫調(diào)控。研究表明，在肥胖、2型糖尿病、炎癥性腸病及神經(jīng)退行性疾病等病理狀態(tài)下，AKK豐度顯著下降，而適量補充AKK可改善代謝紊亂，增強腸道屏障功能及緩解炎癥反應。此外，基因工程工具（如CRISPR-Cas系統(tǒng)）及質(zhì)粒載體的開發(fā)，為AKK的功能基因研究及新型益生菌制劑設(shè)計提供了重要支撐。文章綜述了AKK的生物學特性、體外益生功能、疾病防控作用及基因工程策略，探討其在健康管理和疾病干預中的潛力與挑戰(zhàn)，旨在為AKK的精準營養(yǎng)應用、個性化治療及產(chǎn)業(yè)化開發(fā)提供理論依據(jù)。
1. AKK概述
AKK是人類和哺乳動物腸道中一種常見的革蘭氏陰性厭氧菌，無鞭毛，呈橢圓狀，不運動，能夠在20~40℃和pH 5.5~8.0條件下生長，最適生長環(huán)境為37℃，pH 6.5。AKK具備一定的耐氧能力，暴露于空氣中48 h仍具有活性。AKK以黏蛋白作為唯一的碳源和氮源，主要代謝產(chǎn)物為乙酸和丙酸。此外，AKK與腸道共生菌群的互作已被證實對維持宿主代謝穩(wěn)態(tài)和屏障功能具有積極影響。研究表明，無論是活菌還是巴氏滅菌的AKK，在1010CFU/d劑量下口服攝入均具有良好的安全性。2021年，歐洲食品安全局（European Food Safety Authority，EFSA）對巴氏滅菌的AKK安全性給予肯定評價，其標志著新一代益生菌的應用前景。深入解析AKK的定植部位、豐度和功能，為治療干預和開發(fā)新型基因工程菌株提供關(guān)鍵依據(jù)，為促進整體健康開辟了新的途徑。
2. AKK與疾病的關(guān)聯(lián)性
2.1 AKK與胃腸道疾病
慢性腸道炎癥是多種慢性炎癥性疾病的共同病理特征，通常會導致腸道屏障損傷和菌群失調(diào)。炎癥性腸病（Inflammatory bowel disease，IBD），包括潰瘍性結(jié)腸炎（Ulcerative colitis，UC）和克羅恩病（Crohn's disease，CD），是典型的慢性免疫介導疾病，其發(fā)病機制與腸道微生態(tài)失衡密切相關(guān)。常見的其它胃腸道疾病還有腸易激綜合征（Irritable bowel syndrome，IBS）、結(jié)直腸癌（Colorectal cancer，CRC）等。在IBD患者中，AKK腸道豐度顯著下降，推測其可能具有調(diào)控炎癥信號通路與免疫細胞活性，進而具有抗炎的作用。在青少年CD患者腸道中，AKK水平顯著低于對照組，推斷其可能是輔助兒科CD診斷的潛在生物標志物。CD患者和UC患者的AKK定植和豐度顯著降低，經(jīng)過洗滌菌群移植（Washed microbiota transplantation，WMT）治療后，患者的AKK定植率顯著回升。
AKK可增強腸黏蛋白屏障，抑制NLRP3炎癥小體活化，從而緩解葡聚糖硫酸鈉（Dextran sulfate sodium，DSS）誘導的結(jié)腸炎，其免疫調(diào)節(jié)活性不僅局限于菌體，而且部分免疫調(diào)節(jié)活性由其外膜成分介導，例如：其外膜蛋白Amuc_1100已被證實可通過TLR2信號途徑改善屏障功能。AKK能夠誘導初始CD4+T細胞重編程為調(diào)節(jié)性T細胞（Tregs），從而限制結(jié)腸炎的發(fā)展。AKK的胞外囊泡（AmEVs）由脂質(zhì)、蛋白質(zhì)等組成，通過改變緊密連接蛋白（如Occludin、Zonula occludens和Claudin-5）的表達，增強腸道屏障功能，在高脂飲食模型中，顯著提升屏障完整性。這些研究結(jié)果為基于AKK的治療策略提供了理論依據(jù)。
2.2 AKK與代謝綜合征
近年來，腸道微生物群在肥胖發(fā)生、發(fā)展中的關(guān)鍵作用得到廣泛關(guān)注。肥胖是由能量攝入超過消耗所引起的慢性代謝性疾病，通常伴隨高血糖、高血脂、高血壓等代謝綜合征。多項臨床和動物實驗表明，AKK的豐度與肥胖及代謝異常狀態(tài)呈顯著負相關(guān)，在高脂飲食或遺傳性肥胖小鼠模型中，AKK豐度可下降百倍以上。補充活性或巴氏消毒處理的AKK可顯著減緩體質(zhì)量增長，減少脂肪堆積，改善胰島素抵抗和脂質(zhì)代謝紊亂，并通過增強腸道屏障，降低炎癥水平和調(diào)節(jié)脂多糖介導的代謝性內(nèi)毒素血癥，改善代謝穩(wěn)態(tài)。此外，AKK可通過促進GLP-1分泌，上調(diào)脂肪組織能量消耗相關(guān)因子，抑制腸道碳水化合物吸收等機制，參與能量代謝調(diào)控。
全球糖尿病發(fā)病率持續(xù)上升，預計至2040年將超過6.42億人。腸道菌群失衡被認為與糖尿病等代謝疾病的發(fā)生密切相關(guān)。糖尿病本質(zhì)上是一種以慢性高血糖為特征的代謝紊亂，主要由胰島β細胞胰島素分泌不足或外周組織的胰島素抵抗引起。在1型糖尿病（T1D）患者中，AKK豐度顯著下降，補充AKK可增強腸道屏障，上調(diào)抗菌肽，抑制致病菌定植及毒素釋放，從而延緩T1D的發(fā)展。2型糖尿病（Type 2 diabetes，T2D）與肥胖密切相關(guān)，臨床研究發(fā)現(xiàn)T2D患者普遍伴隨AKK豐度降低，菌群多樣性下降及病原體增加。Zhang等通過T2D-NO（新診斷的2型糖尿病且體質(zhì)量正常）組與NGT-NO（正常葡萄糖耐量且體質(zhì)量正常）對照組的臨床試驗發(fā)現(xiàn)，T2D-NO組AKK豐度顯著降低，且其豐度與胰島素分泌呈正相關(guān)。動物實驗進一步證實，補充AKK可逆轉(zhuǎn)飲食誘導的AKK缺乏，提升胰島素分泌和葡萄糖耐受性，改善代謝紊亂。AKK作為候選益生菌在糖尿病和肥胖的干預中顯示出潛力，然而，其療效和安全性仍需臨床驗證。
2.3 其它疾病
除代謝綜合征及胃腸道疾病外，AKK在多種慢性疾病和病理狀態(tài)中也展現(xiàn)出廣泛的干預潛力（圖4）。在心力衰竭和其它心血管疾病中，AKK的豐度與疾病嚴重程度呈負相關(guān)。研究表明，AKK可通過降低促炎代謝產(chǎn)物水平，維持腸道屏障完整性，調(diào)控免疫細胞功能，間接緩解心血管炎癥反應，其代謝產(chǎn)物，尤其是短鏈脂肪酸，亦被證實可改善脂質(zhì)代謝，降低心血管風險。
在神經(jīng)精神系統(tǒng)疾病中，AKK同樣具有積極影響。研究表明，在自閉癥譜系障礙（Autism spectrum disorder，ASD）、阿爾茨海默病（Alzheimer's disease，AD）、帕金森病（Parkinson's disease，PD）及抑郁癥等患者中，AKK豐度相較正常人群降低。在AD和輕度認知障礙患者中，補充AKK可通過調(diào)節(jié)腸道菌群組成與代謝物水平，減輕腦內(nèi)β-淀粉樣蛋白沉積，改善認知功能缺陷，結(jié)果揭示了AKK在腸-腦軸層面的神經(jīng)保護潛力，然而，其是否能直接干預PD相關(guān)的認知障礙，目前仍缺乏確鑿證據(jù)。此外，在腫瘤疾病中，AKK被認為可能具有增強免疫檢查點抑制劑的療效，并調(diào)節(jié)腫瘤微環(huán)境。已在乳腺癌及其它實體瘤模型中初步證實其調(diào)節(jié)作用。綜上，AKK不僅在代謝綜合征及胃腸道疾病中表現(xiàn)出良好的預防與治療前景，還可能成為包括心血管疾病及神經(jīng)退行性疾病在內(nèi)的多種慢性病的輔助干預靶點。未來應通過深入的機制研究和臨床試驗，進一步明確其作用機制及臨床應用價值。
3. AKK基因工程的技術(shù)展望
基因改造技術(shù)是一個跨學科的研究領(lǐng)域，包括基因功能研究、模型生物開發(fā)、表觀遺傳學多個領(lǐng)域。成簇規(guī)律間隔短回文重復序列（Clustered regularly interspaced short palindromic repeats，CRISPR）及其相關(guān)蛋白（Cas）技術(shù)以其高效和便攜特性，在益生菌領(lǐng)域取得顯著進展。隨著對AKK在腸道健康中作用的深入了解，建立一個高效的遺傳操作系統(tǒng)顯得尤為重要。由于AKK在遺傳操作上的難度，因此對其功能基因和代謝途徑的理解一直受限。目前有研究發(fā)現(xiàn)AKK能夠耐受微量的氧濃度，這項發(fā)現(xiàn)增加了AKK用來進行轉(zhuǎn)基因研究的可能性。CRISPR-Cas9等基因組編輯技術(shù)的發(fā)展，為AKK的遺傳操作提供了新的工具和方法。通過CRISPR-Cas9技術(shù)，可以實現(xiàn)對AKK基因的精確編輯，包括基因敲除、基因突變、基因敲入和基因調(diào)控等。
3.1質(zhì)粒工具的發(fā)展與功能拓展
質(zhì)粒是微生物遺傳操作的關(guān)鍵工具，主要作為基因載體使用。質(zhì)粒攜帶外源基因，并在細胞分裂過程中穩(wěn)定地傳遞給子代細胞，從而確保遺傳操作的連續(xù)性和可靠性。AKK天然轉(zhuǎn)化效率低，缺乏可用質(zhì)粒系統(tǒng)，限制了其功能解析和遺傳改造。目前常用的質(zhì)粒導入方式包括熱激、電穿孔和接合轉(zhuǎn)移，然而在AKK中的適用性有限。2020年，Ogata等從成年日本男性中篩選出1株AKK，并將其命名為Akkermansia muciniphila JCM 39803，在該菌株中，研究人員首次發(fā)現(xiàn)了內(nèi)源性質(zhì)粒。2023年，Davey等發(fā)表了關(guān)于AKK首套遺傳操作系統(tǒng)的研究方法。該研究并未采用傳統(tǒng)的電穿孔方法，而是構(gòu)建了大腸桿菌-AKK接合轉(zhuǎn)移方法。這些研究成果為AKK質(zhì)粒的構(gòu)建和其它遺傳操作元件的篩選提供了重要的理論依據(jù)，并為深入開發(fā)遺傳操作方法奠定了基礎(chǔ)。
3.2 CRISPR系統(tǒng)在AKK中的應用潛力
CRISPR-Cas系統(tǒng)通過CRISPR RNA（crRNA）引導Cas蛋白精確識別并結(jié)合到目標DNA的特定序列上，Cas蛋白激活其核酸酶活性，切割DNA雙鏈，實現(xiàn)對特定基因位點的精確編輯。近年來，CRISPR/Cas9系統(tǒng)在益生菌基因敲除中被廣泛使用，解析特定的基因功能或改善菌株特性。例如，張瑩等建立了適用于干酪乳桿菌的基因編輯系統(tǒng)——CRISPR/Cas9D10A系統(tǒng)，為乳酸菌過表達提供了新的工具。2025年，Tamaki等建立并優(yōu)化了副干酪乳酸桿菌CRISPR/Cas9基因組編輯系統(tǒng)，為基因編輯提供了可行的優(yōu)化方法，為遺傳功能機制的研究奠定了基礎(chǔ)。Passel等通過對AKK進行完整基因組測序，發(fā)現(xiàn)了CRISPR位點，推測AKK的CRISPR系統(tǒng)可以通過CRISPR-Cas9技術(shù)進行改造和優(yōu)化。
4. 結(jié)論與展望
AKK在維持腸道屏障功能和宿主健康方面具有重要作用，在肥胖、炎癥性腸病、2型糖尿病等代謝性疾病的治療中展現(xiàn)出潛在益生作用。AKK的耐膽鹽、氧氣耐受和耐藥性使其成為理想的下一代益生菌。基因工程工具（如CRISPR-Cas系統(tǒng)）的發(fā)展為AKK的精確改造提供了可能，有助于開發(fā)新的治療策略。目前研究顯示，雖然適當劑量的AKK對人類安全，但是其長期使用和不同人群中的安全性和有效性仍需更多臨床試驗驗證。未來需深入探索AKK的生理功能和作用機制，開發(fā)高效遺傳操作方法，以增強其益生特性或賦予新功能。隨著研究的不斷深入，AKK可能成為未來個性化醫(yī)療和精準營養(yǎng)的重要組成部分。
原文鏈接：https://kns.cnki.net/kcms2/article/abstract?v=bugI047JRxgt_Z4CGTMPN3XVCvaHM6jvhx4yYBDoeqg255P_6YC7ZNK1c1-esHg1eQPTvlbzDWtpsc_qvDx-1XOMYSnScrmZ2RwKJKcXwpxrqepiX9TY-IzTafSUMKSP6hlLpHDGryD4OXnxbnM3PajF_EA5uu9k9P4o-FnNjBlYjbwYn0U6lw==&uniplatform=NZKPT&language=CHS
