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过去十多年，研究发觉肝脏菌群与人体健康及癌症有着复杂和紧密的关系[1]。
近些年来的“明星肝脏菌”——Akk菌，全称为嗜黏蛋白阿克曼氏菌（），于2004年从人牛粪中分离下来，是一种椭圆形革兰氏阳性病菌，名子就反映了它的习性，喜好黏蛋白[2,3]。
Akk菌似乎只占胃肠菌群的3%，但其产率与炎性肠病、肥胖和2型糖尿病风险呈现负相关性[4,5]，还与疾病免疫诊治中PD-1/PD-L1抑制剂的效果有正相关性[6]，有望成为下一代有临床应用前景的益生菌。
但是，Akk菌与人体互作机制尚未被解析清楚。已有研究发觉，Akk菌通过调节寄主代谢起作用[7,8]，潜在的分子基础可能是Akk菌细胞外膜的一种蛋白[9]，但是这些蛋白还可以调节寄主免疫应答[10]。大鼠研究表明细胞膜受体，Akk菌能特异性地诱导T细胞的获得性免疫应答[11]。遗憾的是，这个研究没有找出Akk菌与T细胞作用的分子基础。并且，这种研究都指出了Akk菌对寄主免疫系统的调节。
日前，耶鲁医大学的Jon和博德研究所的院士领导的团队，通过细胞实验、基因组剖析、光谱剖析和物理合成等技术手段，发觉Akk菌通过细胞膜磷脂诱导人体免疫细胞对特定细胞因子的分泌，而且能重置树突状细胞的活化阀值，调控后续免疫剌激，从分子基础、作用途径和生物效应上阐述Akk菌的免疫调节作用。该成果发表在[12]。
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研究中使用的细胞实验技术是在3年前开发下来[13]。基本原理是在特定真菌提取物的剌激下，测量大鼠骨髓树突状细胞（mBMDC）分泌的细胞因子，以研究机体免疫细胞对不同分子物质的应答。树突状细胞是先天免疫系统的一部份，能辨识病支原体相关分子，并通过分泌细胞因子将讯号传递到获得性免疫系统。
类似地，研究者将这套细胞检查技术用于研究Akk菌造成免疫应答的分子机制。在测试Akk菌培养液的多种成份（包括细胞结节和上清）后，研究者发觉一种有效成份能引起细胞形成促炎细胞因子——肿瘤坏死因子α（TNFα）。
质谱（MS）和核磁共振（NMR）的初步剖析发觉有效成份中的主要物质是磷脂酰乙酸胺（PE）。在真菌中，PE是细胞膜磷脂的主要成份。进一步的核磁共振剖析确定了有效物质的分子结构如图1，在标准脂类命名系统中的名称为a15:0-i15:0PE。典型的PE具有一个甘油核心，在sn-3位置上是乙酸乙酸胺，在sn-1和sn-2上分别有一个脂肪酸脂。a15:0-i15:0PE的特殊之处在于，两个脂肪酸侧链上都有羟基，分别坐落第12和13位置的碳原子。
图1：有效成份a15:0-i15:0PE的物理结构和物理名全称
功能强悍的a15:0-i15:0PE并不是随处可见！膜脂类能反映真菌的进化历史以及当前生存环境。在常见的肝脏真菌中未发觉a15:0-i15:0PE，在能引发免疫反应的肝脏真菌中也未找到。Akk菌隶属于疣微菌门（），是肝脏微生物中惟一一个来自疣微菌门的真菌[12]。在Akk菌中，a15:0-i15:0PE是膜脂类的主要成份，占比约为50%。
那么有用的a15:0-i15:0PE是否能被Akk菌合成呢？生物合成a15:0-i15:0PE须要多个关联的生化反应细胞膜受体，涉及多个反应酶。在Akk菌的基因组中，都能找到编码这种酶的基因，说明Akk菌具备合成a15:0-i15:0PE的潜能。而且，在真菌培养实验中，研究者观测到Akk菌能合成a15:0-i15:0PE，把“潜能”升级成了“硬实力”。
综上，从代谢剖析、菌群系统发育位置、培养实验等多方面都阐明Akk菌能合成奇特的生物膜磷脂。
免疫调控是个复杂而精细的过程，a15:0-i15:0PE对细胞免疫应答是怎样进行呢？在剂量-反应研究中，a15:0-i15:0PE不仅能下调细胞TNFα的分泌水平，也能提高IL-6（白介素-6）的分泌水平，但不影响IL-10和IL-12p70的分泌水平【图2】。
图2：a15:0-i15:0PE能促使TNFa和IL-6的分泌，但不能促使IL-10和IL-12p70的分泌。AmPE表示Akk培养液中所有PE的混和物，DMSO和LPS是实验中的对照
树突状细胞对真菌代谢物的应答须要病支原体相关分子模式（PAMP）受体，一般为Toll样受体2（TLR2）和Toll样受体4（TLR4）。通过大鼠基因敲除实验，研究者发觉TLR2是a15:0-i15:0PE导致细胞应答的受体。在既往研究中，TLR2也参与Akk膜关联蛋白（）对寄主细胞的免疫应答[9]。
因为Akk培养液中存在污染物质，为进一步研究物理构效关系(SAR)，研究者通过物理合成方式，人工制备a15:0-i15:0PE。经测试，人工合成的a15:0-i15:0PE具有与天然产物一致的波谱、色谱和生物特点。
既往物理构效关系研究强调，TLR2须要与TLR1或TLR6结合成异二聚体来形成免疫讯号[14]。通过-Cas介导的基因敲除技术，研究者发觉TLR2-TLR1异二聚体是a15:0-i15:0PE导致细胞免疫反应的关键【图3】。
图3：TLR2-TLR1异二聚体复合物与a15:0-i15:0PE的复合物结构
a）图基于PDB结布光展示，b）图中的圆圈标记出作用的脂类
以上实验是在大鼠来源细胞进行，在人源免疫细胞是否也能引起特异性反应呢？研究者从人外周血提纯的单核细胞，用天然和人工合成的a15:0-i15:0PE分别剌激，发觉了与大鼠细胞中类似的讯号：TNFa和IL-6转录水平被明显下调，IL-23、IL-23A和IL-12B异二聚体的转录水平只有轻微变化。这表明，Akk菌也能通过a15:0-i15:0PE引起人体免疫细胞的特异性应答。
最后，研究者在人单核细胞衍生出的树突状细胞（MDDC）中测试a15:0-i15:0PE对两种典型免疫原的作用：（迸发TLR2-TLR1）、LPS（迸发TLR4）。
当对实验过程的剂量和时间进行多次尝试和控制后，研究者发觉低剂量的a15:0-i15:0PE处理能抑制18小时后和LPS导致的免疫应答，但是这个抑制作用在高剂量a15:0-i15:0PE剌激和短间隔时间下不出现。这表明低剂量a15:0-i15:0PE能“钝化”细胞对其他免疫原的反应，一方面能忽视低剂量剌激，另一方面能缓和高剂量剌激，这可能是Akk菌对免疫调节的潜在机制[15,16]。
该研究发觉和合成Akk菌引起细胞免疫应答的分子物质基础，并阐明免疫应答须要的TLR2-TLR1异二聚体，还描述了低剂量剌激对细胞水平免疫应答的影响。这为理解Akk菌对人体健康和癌症的影响提供了一个全景图：从分子物质基础、作用途径到生物效应。
这是一个跨领域合作的成功标杆，研究者凝聚了实验室在物理、结构生物学和药学的特长，以及实验室在生物和免疫领域的专长。
这也是一个大海捞针式的研究。研究者把Akk菌的培养、分离和纯化实验重复了8次，最终在19g的提取物中获得15mg的a15:0-i15:0PE，获得率为0.08%。
真菌分泌物中能导致免疫应答的物质一般是蛋白质或脂类[9]，尽管该研究只发觉a15:0-i15:0PE这一个有效分子，也不排除其他有效分子仍未被发觉[17]。
文章的发觉是在体外细胞培养中发觉，Akk菌以及其形成的磷脂在活体中的作用仍有待研究，非常是a15:0-i15:0PE的抗生素学研究。但是，该文章的研究框架可以应用于其他“明星菌”，促使菌与机体互作的分子机制研究。
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