多酚是一类多样化的代谢物，在植物性食品中丰富。膳食多酚可能通过影响肠道微生物代谢来影响人类健康，减少炎症、降低心血管疾病风险和促进健康老龄化。肠道微生物相关酶参与多酚代谢的一个核心反应是儿茶酚脱羟化，其中儿茶酚的对羟基被氢原子取代。而儿茶酚脱羟化通常会显著改变多酚代谢物的生物活性和生物利用度。肠道微生物儿苯酚脱羟化酶是一个很大程度上未确定特征的金属酶家族，通过代谢膳食多酚可能影响人类健康。因此研究肠道微生物儿苯酚脱羟化酶通过膳食影响人类健康的机制至关重要。
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本次更新的多酚代谢数据库包含了六个大类共251个基因，覆盖全面的多酚物质代谢通路，详情见往期推文：产品升级|宏基因组产品增加新成员：多酚代谢注释数据库。
接下来结合一篇高分文章看一下宏转录组多酚代谢分析在人肠道微生物中的应用~
哈佛大学Emily Balskus教授团队在《Cell Host & Microbe》发表了题为“Metatranscriptomics-guided discovery and characterization of a polyphenol-metabolizing gut microbial enzyme”（Q1, IF=20.6）的文章，该研究将宏转录组分析和生化表征相结合用于肠道微生物酶发现的效用并揭示了宿主炎症与特异性多酚代谢肠道微生物酶之间的潜在联系。
期刊：Cell Host & Microbe
影响因子：20.6
发表时间：2024.10
样本类型：人粪便、血液
一、研究背景
肠道微生物儿苯二酚去羟化酶很大程度上是一个未确定特征的金属酶家族，通过代谢膳食多酚可能影响人类健康。研究使用宏转录组学（MTX）来鉴定人类肠道微生物群中高转录的儿茶酚去羟化酶编码基因。结果显示了结合MTX分析和生化特性来发现肠道微生物酶的实用性，并揭示了宿主炎症和一种特定的多酚代谢肠道微生物酶之间的潜在联系。
二、实验设计
三、实验结果
1、MTX分析显示了一种未确定特征的儿茶酚脱羟化酶，它在人类肠道中高表达和普遍存在
前期分析发现肠道细菌大多数儿茶酚脱羟化酶簇具有未知的功能。故研究利用男性生活方式验证研究（MLVS）粪便的宏基因组学（MGX）和宏转录组学（MTX）数据评估人类肠道菌群的SSN中儿茶酚脱羟化酶簇的DNA和mRNA水平，发现Unk-9是体内表达量、DNA丰度、分布广泛的儿茶酚脱羟化酶。
进一步分析体外培养的G. pamelaeae 3C 菌株的转录水平，与MLVS G. pamelaeae 3C 数据（体内）相比，发现Unk-9的表达是由肠道中存在的外部刺激（底物）诱导的（unk-9A和unk-B是体内表达最高，体外表达最低的基因）。
2、结合饮食信息和转录调控因子的系统发育分析表明，Unk-9脱羟基化HCA以支持ATP的产生
从饮食和转录调控因子两方面分析Unk-9相关酶的功能特点：
（01）饮食相关性：Unk-9的DNA丰度与每天消耗的十字花科蔬菜和咖啡显著相关。表明来自咖啡和十字花科蔬菜中的多酚，如HCA及其前体，可能是Unk-9的潜在底物。
（02）转录调控因子相似性：对细菌基因组Unk-9的功能相关基因共定位分析，发现Unk-9与一个编码膜结合的LuxR型调控因子，即Unk-9R的基因共定位。Unk-9R与Hcdh调控因子具有序列相似性。
总之，通过考虑饮食相关性和转录调控因子之间的相似性，研究假设Unk-9将脱羟化HCA或相关的类似物。
首先精确识别Unk-9：荧光定量+定性蛋白组从HCA培养的G.pamelaeae 3C中获得了HCA-脱羟化蛋白Unk-9，命名为Gp Hcdh。进一步分析Gp Hcdh活性在宿主中的生物学作用。发现HCA和DMSO促进了G.pamelaeae 3C在厌氧条件下的生长和ATP的产生。
3、Gp Hcdh水平与食用十字花科蔬菜的抗炎反应相关
很多研究表明HCA具有抗炎活性。分析了MLVS血浆样本中Gp Hcdh水平及其与宿主炎症和健康的生物标志物的关系。发现在低表达的Gp Hcdh组中，较高的十字花科蔬菜摄入量与CRP（宿主炎症标志物）水平降低相关。说明特定多酚的肠道微生物代谢可能影响饮食对人类健康的潜在途径。
四、研究结论
研究通过利用宏转录组学（MTX）+实验，鉴定了一种高度转录和普遍存在的儿苯二酚脱羟化酶（Gp Hcdh），并确定了其底物作为常见的膳食多酚代谢物咖啡酸（HCA）。也发现了这种酶与减少食用富含多酚的蔬菜的抗炎益处之间的潜在联系。这种综合的计算和实验方法强调了将MTX与生化研究相结合以发现重要的肠道微生物酶的潜力。
参考文献
Bae M, et al. Metatranscriptomics-guided discovery and characterization of a polyphenol-metabolizing gut microbial enzyme. Cell Host Microbe. 2024 Nov 13;32(11):1887-1896.e8..