Nat Microbiol | 任文凯团队肠道菌群调控宿主支链氨基酸水平的机制

支链氨基酸（BCAA），包括亮氨酸（Leu） 、 异亮氨酸（Ile） 和 缬氨酸（Val），参与人体的生理和病理过程。作为必需氨基酸， 机体 维持适当水平的 BCAA 有利于肌肉生长 、 延缓衰老以及蛋白质合成【1-3】。然而，血清BCAA水平升高与肥胖、胰岛素抵抗、2型糖尿病和心血管疾病有关【4-6】。因此，调 控 BCAA水平对健康和疾病管理至关重要。 影响BCAA水平的因素有很多，如 内源性因素 、 激素调节和营养状况 等【7,8】。 近年来 ， 研究发现 肠道微生物 可 通过降解或合成BCAA来影响胃肠道腔内的BCAA水平，从而调节宿主BCAA水平【9,10】。然而， 关于 肠道微生物 是否通过 调 控 宿主内在BCAA代谢 来影响其水平仍未知 。肠道 微生物可通过多种多样的机制调控宿主的氨基酸代谢， 如激活信号通路、产生代谢物和细胞外囊泡 等 。例如，之前的研究表明，罗伊氏乳杆菌和大肠杆菌通过激活MyD88/NF-κB信号通路，促进芳基烷基胺 N -乙酰转移酶（AANAT）的表达，从而增强结肠褪黑素的产生【11】；另外， 鼠乳杆菌衍生的小RNAs调节猪多胺代谢【12】。因此，从肠道微生物与宿主互作层面解析肠道菌群对BCAA水平的调控机制至关重要。

2026年1月14 日，华南农业大学任文凯团队在Nature Microbiology杂志上发表了一篇题为Gut microbiota-derived L-theanine promotes host branched-chain amino acid catabolism的文章，揭示了肠道微生物产生的L-茶氨酸通过促进宿主肠道BCAA分解代谢降低BCAA水平的机制。

研究人员发现无菌猪和无菌小鼠各组织中BCAA水平升高，使用多组学联合分析发现，肠道乳杆菌的相对丰度与血清BCAA水平呈现显著负相关，将肠道乳杆菌单菌定植于小鼠，降低了血清中BCAA的水平。

通过构建罗伊氏乳杆菌代谢物与猪小肠上皮细胞（IPEC-J2）体外共培养模型，结果发现，罗伊氏乳杆菌代谢物降低IPEC-J2胞内BCAA水平、 增加IPEC-J2细胞支链氨基酸转氨酶（BCATs）的表达和分解代谢产物的水平 。通过非靶代谢组学筛选到了罗伊氏乳杆菌的代谢产物L-茶氨酸，L-茶氨酸同样降低IPEC-J2胞内BCAA水平、增加 IPEC-J2细胞 BCATs的表达和分解代谢产物的水平。

在机制解析上，研究人员从转录与蛋白层面进行解析，L-茶氨酸通过抑制BCAT2基因组蛋白H3K27me3的修饰，以及DNA甲基化，促进BCAT2 mRNA 表达；L-茶氨酸通过抑制BCAT2蛋白泛素化，增加BCAT2蛋白稳定性。

综上所述，本研究揭示了肠道菌群调控宿主BCAA水平的间接机制，罗伊氏乳杆菌产生的L-茶氨酸通过表观遗传调控和蛋白稳定性调节，增强 BCAT2 的表达与稳定性，促进BCAA分解代谢，从而降低血清 BCAA水平。这一发现为理解肠道菌群与宿主代谢互作提供了新视角，同时为肥胖、2型糖尿病等 BCAA相关代谢疾病的治疗提供了潜在靶点。

https://www.nature.com/articles/s41564-025-02236-9

制版人：十一

参考文献

1. Kaspy, M. S., Hannaian, S. J., Bell, Z. W. & Churchward-Venne, T. A. The effects of branched-chain amino acids on muscle protein synthesis, muscle protein breakdown and associated molecular signalling responses in humans: an update.Nutr. Res. Rev.37, 273–286 (2023).

2. Newgard, C. B. Metabolomics and metabolic diseases: where do we stand?Cell Metab. 25, 43–56 (2017).

3. Wolfson, R. L. et al. Sestrin2 is a leucine sensor for the mTORC1 pathway.Science351, 43–48 (2016).

4. McGarrah, R. W. & White, P. J. Branched-chain amino acids in cardiovascular disease.Nat. Rev. Cardiol.20, 77–89 (2023).

5. White, P. J. et al. The BCKDH Kinase and phosphatase integrate BCAA and lipid metabolism via regulation of ATP-citrate lyase.Cell Metab. 27, 1281–1293.e7 (2018).

6. White, P. J. & Newgard, C. B. Branched-chain amino acids in disease.Science363, 582–583 (2019).

7. Blair, M. C. et al. Branched-chain amino acid catabolism in muscle affects systemic BCAA levels but not insulin resistance.Nat. Metab.5, 589–606 (2023).

8. Lynch, C. J. & Adams, S. H. Branched-chain amino acids in metabolic signalling and insulin resistance.Nat. Rev. Endocrinol.10, 723–736 (2014).

9. Liu, R. et al. Gut microbiome and serum metabolome alterations in obesity and after weight-loss intervention.Nat. Med. 23, 859–868 (2017).

10. Ren, Y.-M. et al. BCAA-producing Clostridium symbiosum promotes colorectal tumorigenesis through the modulation of host cholesterol metabolism.Cell Host Microbe32, 1519–1535.e7 (2024).

11. Liu, B. et al. Gut microbiota regulates host melatonin production through epithelial cell MyD88.Gut Microbes16, 2313769 (2024).

12. Fan, L. et al. Intestinal Lactobacillus murinus-derived small RNAs target porcine polyamine metabolism.Proc. Natl Acad. Sci. USA121, e2413241121 (2024).

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