Nature子刊：肠道细菌如何产生三甲胺（TMA）？
美国哈佛大学Emily P. Balskus等人于2018年11月19日在《Nature Microbiology》上发表题目为《Gut bacterial phospholipase Ds support disease-associated metabolism by generating choline》的文章。该研究使用代谢物分析和体外生化分析来证明人类肠道细菌可以使用磷脂酶D水解磷脂酰胆碱，并进一步将释放的胆碱转化为TMA。
研究摘要
必需的营养胆碱被肠道细菌代谢为疾病相关的代谢产物三甲胺（TMA）。然而，通过饮食获得并存在于人体中的大多数胆碱被掺入更大的代谢物中，包括脂质磷脂酰胆碱（PC）。
本研究发现许多利用胆碱的肠道微生物可以使用磷脂酶D（PLD）水解PC，并进一步将释放的胆碱转化为TMA。来自大肠杆菌MS 200-1的PLD的遗传和体外表征显示该酶对于PC的细菌水解是必需的并且优选该底物。PLD也存在于肠道细菌分离物中，其不能将胆碱转化为TMA，这表明肠道微生物群的其他成员可能影响对该底物的接近。出乎意料的是，这种PLD与致病细菌的特征性PLD有很大关系，这表明了一种独特的进化史。
总之，这些结果揭示了肠道微生物在磷脂代谢中的先前未被充分认识的作用和抑制TMA产生的潜在靶标。
文中主要图片说明
图1 | 肠道细菌从含胆碱的前体进入胆碱的机制定义不明确。a，胆碱对TMAO的宿主-微生物代谢。b，饮食（所示数据是平均总胆碱百分比的平均值和标准偏差）和人体肠道（胃肠道中的近似浓度）中存在的常见胆碱形式被评估为TMA产生的潜在前体。ND，未检测到。
图2 | 利用胆碱（cut+）的肠道细菌可以通过PLD酶的作用从PC获得游离胆碱。a，通过Amplex Red依赖性偶联酶测定法测量的培养物裂解物对PC，LPC，GPC和phC的相对酶活性（mU ml-1）。b，通过LC-MS / MS从500μMPC生长16小时的培养物中检测胆碱（红色）和TMA（蓝色）浓度。c，通过Amplex Red测定法测量的缺失突变体Δpld的PC水解活性。d，通过LC-MS / MS从500μMPC培养物中检测胆碱和TMA。e，在500μMPC基本培养基中大肠杆菌MS 200-1的WT和Δpld菌株的生长情况。时间过程监测WT在基本培养基上生长期间的胆碱和TMA积累。
图3 | 大肠杆菌MS 200-1 PLD优选PC作为底物。a，PC的PLD水解的体外稳态动力学。b，通过量化磷脂酸释放的游离磷酸盐分析PLD底物范围。c，同源性建模揭示了细菌PLDs中推定的胆碱识别基序。大肠杆菌MS 200-1 PLD，绿色和链霉菌PMF PLD，青色。显示了具有对接基质类似物的大肠杆菌同源性模型的活性位点，其中注释了关键距离。d，166位氨基酸（大肠杆菌PLD编号）与裂解物对PC的活性之间的相关性。e，Glu 166的诱变揭示了该氨基酸在催化中的关键作用。使用Amplex Red测定评估活性。PE，磷脂酰乙醇胺; PS，磷脂酰丝氨酸; PG，磷脂酰甘油。
图4 | PLD的系统发育分析。在真核生物（紫色分枝），致病菌株（红色分枝），共生生物（青色分枝）和土壤分离物（绿色分枝）中发现的PLD蛋白质序列的最大可能系统发育树。分支上的黑色圆圈表示300个引导程序重复的引导值大于0.7。黑色星星表示具有生物化学特征的PLD。粉红色的星星表示肺炎克雷伯菌（Klebsiella pneumonia），一种致病微生物和Klebsiella sp.MS 92-3，一种共生生物。绿色星星表示铜绿假单胞菌（一种病原生物）和荧光假单胞菌（一种非致病微生物）。
图5 | 缺乏切割基因簇的PLD编码细菌可以支持其他微生物的胆碱代谢。a，在500μMPC存在下培养细菌培养物并评估其释放胆碱的能力。b，共培养实验设计。cut-pld +和cut+pld-菌株的组合从PC产生TMA。
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