在脊椎动物宿主与其肠道共生菌群间错综复杂的代谢互动中，胆汁酸（BA）的生成与调控途径在其中尤为突出。BA不仅是FXR（法尼醇X受体farnesoid X receptor，属于核受体超家族，作一种BA稳态、脂质稳态、葡萄糖稳态和氨基酸代谢的肠肝调节剂）的重要配体，还能在BAAT酶的催化下与牛磺酸或氨基酸巧妙结合，形成稳定的共轭形式。这些共轭胆汁酸随后经由胆汁系统输至肠道。随后肠道微生物代谢这些共轭胆汁酸，使其去共轭并重新释放出游离BA。这一过程不仅促进了BA在宿主体内的再吸收和循环利用，还使得游离BA能够以其强大的FXR激动活性，对BA的合成进行精细的负向调控。已证实大部分已知胆汁酸是FXR激动剂，只有少数几种BA，如石胆酸（Lithocholic acid），Tauro-α-muricholic acid (T-α-MCA)等具有FXR拮抗功能。

是否还存在新型的BA类的FXR拮抗剂能够作为正向调节因子影响BA的合成？

近期，美国康奈尔大学的研究团队在Nature上发表了题为“Host metabolism balances microbial regulation of bile acid signalling”的研究论文，发现了一种在肠道中含量丰富的新型胆汁酸：甲基半胱胺结合型胆汁酸（BA-MCY），或许正是科学家一直寻找的FXR新型拮抗剂。

技术路线图

BA-MCY：甲基半胱胺修饰型胆汁酸

BAAT：1型酰基辅酶A硫酯酶，在宿主肝脏中催化胆汁酸与牛磺酸及氨基酸的结合

Pantetheine：泛酰硫氢乙胺，半胱胺的前体物质，可由辅酶A生成

VENN1：泛酰巯基乙胺酶，可将泛酰巯基乙胺水解为半胱胺和泛酸

BSH：胆盐水解酶，一类广泛存在于哺乳动物肠道菌群中的酶，可水解氨基酸结合型胆汁酸，释放出游离胆汁酸

FXR：法尼醇X受体，是脊椎动物中胆汁酸的主要内源性靶标之一，对胆汁酸的产生具有负调节作用

研究结果

1. BA-MCY：一种肠道菌群衍生的新型胆汁酸

为鉴定出与肠道菌群相关的新型胆汁酸，作者选择了对无特定病原体小鼠（SPF）和无菌小鼠（对照）的血清进行代谢组学检测。首先通过严格的标准筛选出数百种存在显著差异的菌群衍生代谢物，随后基于MS2数据和分子式过滤保留BA及其衍生物，再利用网络分析将这些物质分为3类：其中两类是已知的BA-牛磺酸结合物（牛磺胆酸）和游离型BA，而第三个簇则是一类未被注释的新型BA衍生物。进一步的谱图分析和合成标品鉴定表明，这是一种甲基半胱胺结合型的胆汁酸（及其氧化衍生物），被命名为BA-MCY，其含量在无菌鼠的血清和粪便中显著下调，但并未完全消失。随后的粪菌移植FMT实验进一步验证了BA-MCY的肠道菌群依赖性。

BAs的MCY结合物鉴定

2. BA-MCY的合成起源

关于BA-MCY的来源，作者提出了两种假设：一种是“结合”，即MCY与BA结合生成BA-MCY，一种是“分解”，即BA-牛磺酸被还原成BC-MCY。为此设计了稳定同位素标记实验以追踪MCY中S原子的来源。分别给小鼠饲喂两种标记物：氘代牛磺酸（taurine-d4）和氘代半胱氨酸（半胱胺的前体，l-cysteine-d2），然后观察BA-MCY的标记情况。结果发现标记牛磺酸的情况下，BA-牛磺酸被标记，但BA-MCY未被标记；而在标记半胱氨酸的情况下，BA-MCY被标记，这些结果表明了BA-MCY中的硫源是半胱胺（而非牛磺酸），即MCY与BA结合生成了BA-MCY。

那么这种结合反应是由菌群还是宿主介导的呢？从上文可知，尽管BA-MCY的丰度高度依赖于肠道菌群，但在无菌鼠中它们的生成并未完全消失，因此结合反应本身并不需要菌群。此外，已知在动物的肝脏中，BA与牛磺酸及氨基酸的结合由宿主的BAAT（一种1型酰基辅酶A硫酯酶）催化，但在BAAT缺失（Baat^-/-）小鼠中，游离BA和BA-MCY的水平均显著增加。这些结果表明，BA-MCY由宿主介导生成，但它与BA-牛磺酸的形成原理并不相同。

最后作者探讨了BA-MCY的生成部位。通过比较小鼠不同器官的代谢水平，发现肠道组织中的BA-MCY丰度远高于肝脏组织，且BA-MCY与其氧化产物（BA-MCYO）的比例也有类似的规律，这表明BA-MCY是由游离BA在肠道中被重吸收后生成的。

BA-MCY的微生物依赖性和生物合成

3. BA–MCY的具体合成途径

在生物体内，半胱氨酸在形成半胱胺的过程中会经历辅酶A（CoA）、泛酰硫氢乙胺（pantetheine）等中间体，考虑到BA-MCY在肠道组织中浓度最高，作者想到了一种同样在肠道组织中高表达的酶：VNN1，一种泛酰巯基乙胺酶，负责在辅酶A的回收过程中将泛酰巯基乙胺水解为半胱胺和泛酸。在体外实验中，作者发现重组VNN1不仅可以水解泛酰巯基乙胺，也具有水解胆酸–泛酰巯基乙胺（CA–pant）的能力，且对两种底物的分解效率相当；重要的是，同时也在Baat^-/-小鼠中测到了CA–pant的重排形式：胆酸–半胱酰胺（CA–CY），而这也是BA–MCY的前体。

为了验证VNN1是否通过这种方式在体内促进BA–MCY的生物合成，作者比较了野生型（WT）和VNN1缺失（Vnn1^-/-）小鼠不同组织中的胆汁酸谱，发现VNN1缺失使小鼠小肠、肝脏和血清中的BA–MCY水平显著降低；此外Vnn1^-/-小鼠的小肠和粪便中存在CA–CY和CA–pant的积累，而肝脏和血清中未检出，同样地，WT小鼠中也未检测到这些前体物质。上述结果表明，BA-泛酰巯基乙胺是肠道中BA–MCY生物合成的直接前体，该过程需要宿主VNN1酶的参与。

4. BA–MCY的分解代谢途径

我们知道，牛磺酸和甘氨酸结合型BA在肠道中被菌群的胆盐水解酶（BSH）高效去共轭化，生成游离BA，因此作者猜测BA–MCY可能也存在类似的分解代谢机制，并进行了稳定同位素示踪研究。首先对SPF小鼠和无菌小鼠补充鹅去氧胆酸–d5–MCY（CDCA–d5–MCY），对粪便和肝脏样本进行检测，结果发现无菌小鼠中未检测到带有标记的CDCA及游离BA，说明CDCA–MCY的去共轭化依赖于肠道菌群；此外抗生素处理的SPF小鼠中CDCA–d5–MCY的去共轭化显著降低，进一步证明了这一结论。接下来用删除了编码BSH基因的卵形拟杆菌突变株定植无菌小鼠，发现CDCA–d5–MCY未去共轭化，而是完全转化为了氧化产物，证实了BSH对BA–MCY的分解代谢关重要。

这些结果表明，与BA-牛磺酸的代谢类似，BA–MCY的去共轭化也需要肠道菌群的BSH参与。而在缺乏肠道菌群的情况下，BA–MCY则会被宿主代谢为相应的氧化衍生物（即BA–MCYO和BA–MCYO2）。

BA-MCY的宿主依赖性合成途径以及微生物分解代谢

5. BA–MCY的作用：FXR拮抗剂

FXR（法尼醇X受体）是脊椎动物中胆汁酸的主要内源性靶标之一，对胆汁酸的产生具有负调节作用，已知部分游离胆汁酸（如CDCA、CA和DCA）以及氨基酸结合型CA是强效的FXR激动剂，能够激活FXR并调节相关基因的表达。为了检测BA–MCY是否具有潜在的FXR激动剂或拮抗剂活性，作者选择了四种衍生物（CA–MCY、CA–MCYO、βMCA–MCY和CDCA–MCY）进行激动剂和拮抗剂活性检测。结果表明，CDCA–MCY、CA–MCY和βMCA–MCY均显示出强烈的FXR拮抗剂活性，其中CDCA–MCY还可以抑制由其他胆汁酸激活的FXR，而CA–MCYO无活性，表明硫的氧化消除了拮抗剂活性。

BA-MCY是FXR拮抗剂

随后聚焦拮抗活性测试中效力最高的CDCA–MCY，通过关键酶的基因表达量以及胆汁酸含量等方面，在小鼠体内验证了其拮抗剂活性。此外，在野生型（WT）小鼠和FXR缺陷（Nr1h4^-/-）小鼠中的研究表明，CDCA–MCY补充增加胆汁酸生物合成的作用依赖于FXR。最后研究还表明，在高胆固醇饮食喂养的小鼠中，CDCA–MCY补充可以显著改善肝脏中的脂质积累，意味着BA–MCY在胆汁酸代谢和FXR信号传导中可能具有重要的生理和病理作用。

BA-MCY在体内调节BA生物合成的模式

研究结论

本研究通过代谢组学分析鉴定出一种新型胆汁酸：甲基半胱胺结合型胆汁酸（BA-MCY），这类胆汁酸在肠道中含量丰富，且它的合成依赖于宿主VNN1。在生物学功能方面，BA-MCY为FXR的强效拮抗剂，在体内促进胆汁酸生物合成基因的表达。

参考文献

Won TH, Arifuzzaman M, Parkhurst CN, et al. Host metabolism balances microbial regulation of bile acid signalling. Nature. 2025

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