厌氧细菌中尿酸还原降解通路的发现及其在痛风治疗中的潜在应用

本研究揭示了厌氧细菌中一条全新的尿酸(UA)还原降解通路，通过鉴定大肠杆菌(E. coli)基因簇编码的XdhD-YgfK-SsnA等关键酶，阐明了UA经2,8-二氧嘌呤(yanthine)转化为丙酮酸的分子机制。工程化益生菌CBT2.0在尿酸酶缺陷(Uox-/-)小鼠模型中显著降低血清UA水平并缓解肾损伤，同时发现yanthine可作为痛风潜在生物标志物，为微生物干预高尿酸血症提供了新策略。

　　

在人类进化过程中，尿酸酶(uricase)的功能缺失使尿酸(UA)成为嘌呤代谢的终产物。虽然UA具有抗氧化作用，但其过度积累会导致高尿酸血症和痛风。传统治疗依赖别嘌呤醇等药物，但存在副作用且无法根治。更棘手的是，约30%的UA通过肠道排泄，而肠道微生物对UA代谢的机制长期未被阐明。这一知识空白严重制约了微生物干预疗法的开发。

天津大学药物科学与技术学院新基石科学实验室的研究团队在《Life Metabolism》发表突破性研究，系统解析了厌氧菌中一条不依赖氧气的UA"还原降解通路"。该研究通过基因组学、酶学表征和动物实验相结合的策略，采用LC-MS代谢组学分析、CRISPR-Cas9基因编辑、RNA-seq转录组测序等技术，并收集了68例临床血清样本验证生物标志物。

比较分析大肠杆菌和艰难梭菌的尿酸分解基因簇
通过生物信息学比对发现，E. coli和C. difficile的基因簇均含有黄嘌呤脱氢酶同源物(XdhD)和酰胺水解酶(SsnA)，但E. coli使用依赖NADH的YgfK进行还原脱芳构化，而C. difficile则采用类似PydA的UacX，暗示不同细菌存在电子传递路径分化。

XdhD催化UA还原为yanthine
研究发现E. coli XdhD-YgfM复合物能将UA转化为具有特征性荧光(308/379 nm)的yanthine，晶体结构模拟显示Glu606残基对底物定向起关键作用。

YgfK和SsnA介导yanthine的脱芳构化及开环
通过体外重构实验证实，YgfK与SsnA耦合催化将yanthine转化为脲基甲基乙内酰脲(UMH)和5-脲基二氢尿嘧啶(5UDU)，该过程需严格厌氧条件，揭示了与嘧啶还原降解(Pyd)通路的进化关联性。

下游酶系完成碳骨架分解
系列酶学实验证明HyuA水解UMH生成3-脲基-2-氨基丙酸(albizzin)，最终经YgeX裂解为丙酮酸和氨。值得注意的是，C. difficile采用不可逆水解反应的UacY，而E. coli YgeW通过可逆磷酸解反应产生氨甲酰磷酸，反映了不同菌的能量获取策略差异。

工程菌CBT2.0的降尿酸效应
研究团队在益生菌E. coli Nissle 1917中构建了组成型表达该基因簇的工程菌CBT2.0。在Uox^-/-小鼠模型中，CBT2.0治疗6周使血浆UA从463.26±70.81降至171.63±91.59 μmol/L(P<0.001)，显著改善肾小管损伤和中性粒细胞浸润。停止给药8周后仍能检测到结肠定植，呈现持续疗效。

yanthine的临床相关性
通过建立的LC-MRM-MS方法，在25例痛风患者血清中检测到显著升高的yanthine水平(P<0.01)，其m/z 153.0/110.0特征峰可作为无创诊断指标。

这项研究不仅阐明了一条古老的微生物嘌呤代谢通路，更开创了"尿酸分解益生菌"的新概念。工程菌CBT2.0突破葡萄糖抑制的特性，使其在复杂肠道环境中保持稳定活性。发现yanthine作为循环代谢物，为痛风诊断提供了新思路。该成果为理解宿主-微生物共代谢开辟了新视角，其技术路线对开发其他代谢性疾病微生物疗法具有范式意义。未来研究可优化不同电子传递系统的组合，进一步提高UA降解效率。