《Bone Research》：Akkermansia muciniphila attenuates intervertebral disc degeneration via extracellular vesicle-mediated delivery of the effector protein B2UKX5
编辑推荐：
腰痛是全球致残的主要原因，其中椎间盘退变（IVDD）是主要诱因。新兴证据表明肠道菌群与椎间盘健康之间存在联系，但其潜在机制尚不明确。通过孟德尔随机化（MR）分析和临床队列研究，研究人员发现嗜黏蛋白阿克曼氏菌（Akk）的丰度与 IVDD 风险之间存在因果负相关关
腰痛是全球致残的主要原因，其中椎间盘退变（IVDD）是主要诱因。新兴证据表明肠道菌群与椎间盘健康之间存在联系，但其潜在机制尚不明确。通过孟德尔随机化（MR）分析和临床队列研究，研究人员发现嗜黏蛋白阿克曼氏菌（Akk）的丰度与 IVDD 风险之间存在因果负相关关系，粪便中 Akk 水平降低与 IVDD 严重程度增加相关。在菌群耗竭小鼠中，Akk 能够预防 IVDD，而药理学抑制细胞外囊泡（EV）分泌则消除了这种保护作用。一致地，Akk 来源的 EVs（Akk-EVs）在自然衰老、尾针穿刺和双足站立小鼠模型中重现了 Akk 的保护作用，而对照细菌（大肠杆菌）及其 EVs 则无此效果。蛋白质组学和功能验证确定 B2UKX5 为一种关键的 Akk-EV 富集效应蛋白。此外，重组 B2UKX5 在体内减轻了 IVDD，并通过微 dissected 髓核（NP）和纤维环（AF）组织的转录组学分析揭示，其调节了包括胶原合成、细胞外基质重塑和染色质沉默在内的椎间盘稳态关键通路。临床样本分析进一步证实，循环系统和椎间盘组织中的 Akk-EVs 和 B2UKX5 水平与 IVDD 严重程度呈负相关。这些发现确立了一种新型的肠 - 椎间盘轴，突显了 Akk、Akk-EVs 和 B2UKX5 作为 IVDD 预防和治疗的潜在治疗候选者。
本研究聚焦于全球致残主因之一的腰痛及其核心病理基础——椎间盘退变（IVDD）。目前，IVDD 的发病机制复杂，涉及慢性炎症、氧化应激及代谢紊乱，且缺乏有效的治愈或预防手段，临床治疗多以缓解症状为主。尽管肠道菌群与多种器官系统的双向交流已获关注，且有迹象表明其与 IVDD 风险相关，但具体的关键菌种及其作用机制仍未阐明。特别是嗜黏蛋白阿克曼氏菌（Akk）作为一种重要的肠道共生菌，其在调节炎症和代谢方面的作用已知，但其是否以及如何影响 IVDD 进程尚属未知。此外，Akk 分泌的细胞外囊泡（EVs）作为宿主 - 微生物交流的重要介质，其在椎间盘保护中的具体效应分子及分子机制亟待解析。因此，开展此项研究旨在明确 Akk 与 IVDD 的因果关系，揭示其通过 EVs 介导的保护机制，并鉴定关键效应蛋白，从而为 IVDD 提供基于肠道菌群的新型治疗策略。
研究人员综合利用了孟德尔随机化（MR）分析、临床队列样本分析、多种小鼠 IVDD 模型（包括抗生素介导的菌群耗竭模型、自然衰老模型、尾针穿刺损伤模型及双足站立机械负荷模型）以及分子生物学技术。关键技术方法包括：利用 qRT-PCR 定量检测粪便中 Akk 丰度；使用 GW4869 药理学抑制 EVs 分泌以验证机制；通过超速离心法提取 Akk-EVs 并利用纳米颗粒跟踪分析（NTA）和透射电镜表征；采用竞争性酶联免疫吸附试验（ELISA）检测血清及组织中 Akk-EVs 和 B2UKX5 水平；运用无标记定量蛋白质组学筛选候选效应蛋白；通过显微切割技术分离髓核（NP）和纤维环（AF）组织进行高分辨率转录组测序；以及在 TNF-α诱导的人 NP 细胞模型中进行功能验证。研究样本主要来源于中南大学湘雅三医院脊柱外科收治的 IVDD 患者（包括粪便、血清及术中采集的椎间盘组织）以及不同年龄段的 C57BL/6J 雄性小鼠。
研究结果表明，Akk 丰度与 IVDD 风险呈显著负相关。MR 分析及包含 62 名患者的临床队列证实，粪便中 Akk 水平随年龄增长和 IVDD 严重程度（Pfirrmann 分级）增加而显著降低。在抗生素处理的菌群耗竭小鼠中，补充 Akk 能显著减轻尾针穿刺引起的椎间盘退变，表现为 T2 信号强度保留、椎间盘高度指数（DHI）维持及组织学结构改善，而对照组大肠杆菌无效。机制上，使用 GW4869 抑制 Akk 的 EVs 分泌后，其保护作用消失，证明 Akk 依赖 EVs 发挥效应。进一步研究发现，口服或静脉注射 Akk-EVs 均能在自然衰老、尾针穿刺及双足站立三种不同致病机制的 IVDD 模型中重现 Akk 的保护表型，且未引起系统性炎症或器官毒性。
在效应分子鉴定方面，蛋白质组学分析筛选出 B2UKX5 为 Akk-EVs 中富集的关键效应蛋白。体外实验显示，重组 B2UKX5 能逆转 TNF-α诱导的人 NP 细胞退变标志物表达。体内实验证实，补充 B2UKX5 同样能显著缓解小鼠 IVDD 进程。临床及动物样本分析显示，血清和椎间盘组织中的 B2UKX5 水平与 IVDD 严重程度及年龄呈负相关。转录组学分析进一步揭示，B2UKX5 通过调节 NP 和 AF 组织中的胶原合成、细胞外基质（ECM）重塑及染色质沉默等通路，恢复椎间盘稳态。
综上所述，该研究确立了"Akk-EVs-B2UKX5"轴在维持椎间盘稳态中的关键作用，提出 Akk 及其衍生的 EVs 和效应蛋白 B2UKX5 是极具潜力的 IVDD 治疗候选物，为开发基于后生元（postbiotics）的 IVDD 防治策略提供了理论依据和实验支持。
