[發明專利]產(R)-3-羥基丁酸的重組腸道菌及其構建方法

在審

• 申請號: 202010146184.8
• 申請日: 2020-03-05
• 公開（公告）號: CN111304140A
• 公開（公告）日: 2020-06-19
• 發明（設計）人: 陳國強;閆煦
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: C12N1/21
• 分類號: C12N1/21;A61K35/741;A61K35/747;A61K35/742;A61P1/00;A61P35/00;A61P25/28;A61P3/04;A61P3/10;A61P9/12;A61P37/02;A61P9/10;A61P9/00;A61P25/08
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 吳小明

本發明涉及一種生產3?羥基丁酸的重組腸道菌，具體涉及一種可以在腸道菌中生產3?羥基丁酸的方法以及基于該方法構建的重組菌在保持腸道健康中的應用。

技術領域

本發明涉及生物技術和腸道微生物領域，具體涉及一種在腸道菌中構建生產3-羥基丁酸(3HB)通路的方法，及其改善腸道健康減少疾病的(大健康領域)應用。

背景技術

1.3HB在生命活動中扮演的重要作用

3-羥基丁酸(3HB)是動物酮體的主要組成成分，人體中3HB的主要來源為脂肪酸氧化，該步驟發生于肝臟，而肝臟細胞無法有效的降解3HB。3-HB是手性化合物，存在R型(D型)和S型(L型)兩種異構體。由于3-HB合成和分解途徑的羥基丁酰脫氫酶的特異性，動物體只能合成和利用(R)-3-HB。S型僅能以3-HB-CoA的化合物作為中間產物短暫存在于肝臟細胞的線粒體中。饑餓時3HB會大量產生，3HB是饑餓時大腦/肌肉重要的能量來源。有報道稱3HB的水平與癲癇，糖尿病，腸炎等疾病密切相關，體內/病灶處3HB濃度的升高對以上疾病有顯著的治療作用(Youm Y H,Nguyen K Y,Grant RW,et al.The ketone metaboliteβ-hydroxybutyrate blocks NLRP3inflammasome–mediated inflammatory disease[J].Nature medicine,2015,21(3):263.)。外源的3-HB在多種疾病模型中均起到重要的改善作用。體內實驗表明，補充3-HB能夠減緩腫瘤的生長、延長被試者的生存期限。3-HB還能通過增加心肌葡萄糖的攝取和血流量增強心肌健康，在心肌缺血或再灌注損傷模型中，3-HB起到了保護心肌的作用。

對于大腦代謝功能減退疾病比如阿爾茲海默癥(AD)，每天外源給予10-20g的3-HB表現出了治療效果。AD是由中央神經系統神經元的糖代謝受損引起的，由于酮體的吸收不需要依賴胰島素的調控，故可以彌補神經元缺乏的能量。人體的血酮只需要超過0.2mM，即可代替葡萄糖為神經元提供能量。

在神經退行性疾病中，血酮的升高可以緩解細胞凋亡。外源3-HB的治療能夠減少癲癇患者發作的次數，被應用于難治型癲癇的治療中(McNally M A,Hartman AL.Ketonebodies in epilepsy[J].Journal of neurochemistry,2012,121(1):28-35.)。生酮飲食因其明顯的3-HB濃度提升作用，已成為癲癇病人的飲食首選。

有報道稱3HB的水平與腸炎等疾病密切相關。在單核細胞中，3-HB可以調控NLRP3炎癥小體介導的白細胞介素-1β和白細胞介素-18，減輕炎癥反應，因此存在治療自身免疫疾病的潛能。

不僅如此，外源3-HB作為治療劑的安全性同樣得到了證實。根據Stubbs等人的實驗，受試者可以耐受連續五天、每天三次口服劑量高達714mg/kg的(R)-3-HB。對高胰島素血癥導致低血糖的患兒，2個月和6個月大的嬰兒分別可以耐受口服4g和8g的3-HB治療(Plecko B,Stoeckler-Ipsiroglu S,Schober E,et al.Oralβ-hydroxybutyratesupplementation in two patients with hyperinsulinemic hypoglycemia:monitoringofβ-hydroxybutyrate levels in blood and cerebrospinal fluid,and in the brainby in vivo magnetic resonance spectroscopy[J].Pediatric research,2002,52(2):301)。

2.腸道微生物作為治療的給藥途徑的優勢