肠道微生物是宿主健康和免疫稳态调控中不可或缺的重要成员，它们通过多种策略为群落中其他成员提供生长所需的“原料”或“能量”，如碳水化合物、电子供体等，互相帮助，共同成长。然而，微生物之间的协作以及与宿主免疫的微妙关系，仍然有很多问题需要探讨。

2024年10月21日，华东师范大学生命科学学院的张美玲教授团队在Microbiome（5-year Journal Impact Factor: 17.9）上发表了题为《Xylanase enhances gut microbiota-derived butyrate to exert immune protective effects in a histone deacetylase-dependent manner》的研究论文。研究揭示，微生物来源的木聚糖酶通过调控微生物组成，增加肠道中微生物来源的丁酸含量，增强了尼罗罗非鱼对病原菌的抵抗力。该研究深入探讨了鱼类肠道微生物和肠道上皮细胞在抵抗病原体中的作用，也为理解鱼类与微生物之间的相互作用提供新的视角。

Microbiome刊登张美玲团队科研成果

研究以尼罗罗非鱼为模型，分别饲喂豆粕饲料（SM）和含3000U/kg的豆粕饲料（SMC）。结果显示，添加木聚糖酶显著提高了尼罗罗非鱼的抗病力。进一步分析发现，木聚糖酶就像肠道的“派对策划者”，不但增加了菌群的物种丰富度和多样性，还改变了菌群的“成员名单”。其中，它特别青睐Allobaculum，让它迅速“扩张地盘”，而Allobaculum的壮大又带动了Plesiomonas和Lactobacillus的增殖。进一步研究发现，木聚糖酶提高动物肠道丁酸的含量，这背后离不开Allobaculum的助力。此外，Allobaculum的上清液还激活了肠道细胞中il-17d的表达，暗示丁酸可能是木聚糖酶提供免疫保护的“关键因子”。

哺乳动物中的潘氏细胞会分泌抗菌肽来防御病原体，而鱼类虽然缺少潘氏细胞、隐窝和黏膜下腺，尚不清楚丁酸影响哪类细胞的免疫功能。研究团队通过流式细胞术证实，丁酸增加了肠上皮细胞中IL-17D⁺细胞的数量（如图1所示），进鱼体一步说明了丁酸在免疫保护中的重要角色。

图1 丁酸增加了肠上皮细胞中 IL-17D 的表达

机制研究表明，丁酸作为HDAC3抑制剂，激活了IL-17D的转录，进而在鱼体抗感染过程中发挥了重要作用。综上所述，木聚糖酶通过提高肠道中丁酸的含量来抑制HDAC3的表达，进而激活肠上皮细胞中IL-17D的基因转录，从而提高抗菌肽Reg3γ的表达，以保护尼罗罗非鱼免受病原菌感染 （图2）。该研究阐明了微生物来源的木聚糖酶如何调节宿主的免疫功能，为功能酶的开发和应用提供了理论基础。

图2 机制总结图

本研究论文的第一作者为我校生科院2024届博士毕业生-王童，通讯作者为张美玲教授。本研究合作单位为中国农业科学院北京畜牧兽医研究所苏小运研究员团队，该工作获得国家自然科学基金项目（32373145）和国家重点研发计划（2019YFE0115000）的支持。

图左一：王童博士；图右一：张美玲教授

附：

论文链接：https://microbiomejournal.biomedcentral.com/articles/10.1186/s40168-024-01934-6