Cell | “红牛”饮料中牛磺酸功能饮料惊人的肠道感染影响作用的发现
日期：2021/02/04
杂志：Cell
原文标题：Infection trains the host for microbiota-enhanced resistance to pathogens
原文链接：https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(20)31681-0?_returnURL=https%3A%2F%2Flinkinghub.elsevier.com%2Fretrieve%2Fpii%2FS0092867420316810%3Fshowall%3Dtrue
来源：NIH
摘要
肠道内的微生物可以帮助阻止感染，但是所涉及的机制尚不完全清楚。 现已发现，感染后微生物群落的变化提高了抵抗有害细菌的分子水平。
内容
哺乳动物宿主与其肠道菌群（位于小肠和大肠的微生物群落）之间的复杂相互作用会影响宿主的健康和疾病易感性。 深入研究驱动这种相互作用的机械关系的一个主要挑战是微生物区系中物种的高度多样性，这导致了每个个体所独有的微生物特征，就像指纹一样。 人们越来越认识到肠道微生物群与引起疾病的微生物（病原体）对肠道定殖产生抗性有关。 然而，对该现象的许多研究在很大程度上是描述性的，并且倾向于仅将特定的微生物群组成与健康或疾病状态相关联。 Stacy等人在Cell杂志中提出了一种详细的机制，揭示了微生物群的变化如何驱动对病原体入侵的抵抗力。
人们普遍认为微生物群会阻碍肠道病原体的侵袭，并且有许多证据支持肠道微生物群可能在限制病原体生长方面发挥作用。 例如，人们长期和/或高水平使用抗生素会促进艰难梭菌（Clostridium）的扩增，艰难梭菌会引起严重的腹泻和结肠发炎，从而导致患病和死亡的高风险。 微生物群落中物种多样性的低复杂性是工业化国家居民普遍观察到的特征，这与传染病易感性增加有关。 此外，经过抗生素治疗或在无菌条件下饲养的小鼠，因此缺乏微生物群，比具有正常微生物群的小鼠更容易受到肠道病原体的侵害。
相反，某些微生物群落可能导致病原体的生长或在更高的毒力下感染。例如，不同的小鼠微生物群决定了对病原体啮齿动物柠檬酸杆菌的敏感性，这会导致结肠中一种异常的生长，称为增生（hyperplasia）。从易感动物转入非易感小鼠的微生物群移植引起了对啮齿类念珠菌感染的易感性，而从不易感动物转入对易感动物的微生物群移植产生了对感染的抵抗力。流行病学证据表明，瑞典人中由食源性空肠弯曲菌引起的感染易感性取决于其微生物群的物种组成。报道还强调了某些肠道病原体，例如小肠沙门氏菌和啮齿类梭状芽胞杆菌，如何利用宿主菌群线索来精确调节其代谢，并通过呼吸作用来产生能量。
令人兴奋的研究在于研究微生物群在感染中的作用。 此类工作不仅仅记录了感染与物种存在与否或物种组成差异之间的相关性。 它开始揭示微生物群的特定组成提供抵抗感染或帮助入侵病原体的机制。
Stacy及其同事报告说，在感染肠道病原体肺炎克雷伯菌后，小鼠抵抗这种细菌随后感染的能力增强（图1）。 为了试图理解负责的途径，作者分析了微生物DNA，评估了感染后微生物群和幼稚微生物群（以前未接触过细菌的微生物群）的元基因组（在社区中检测到的所有微生物基因），以确定微生物如何 可能有助于抵抗定植。 研究小组发现，编码牛磺酸等含硫分子代谢所需蛋白质的基因在感染后微生物群中比在原始微生物群中富集得多。
肠道感染如何导致改变，从而增强防御能力。
图1
Stacy等报告了小鼠中诸如肺炎克雷伯菌等有害细菌的感染如何影响驻留的肠道细菌。 a，得益于细胞色素氧化酶，肺炎克雷伯氏菌可以在哺乳动物的肠腔内生长并感染。 这种酶使细菌利用宿主肠道中的氧气通过有氧呼吸产生能量。 b，在被肺炎克雷伯氏菌感染后，肠道中牛磺酸分子的水平升高。 牛磺酸是由胆汁酸代谢产生的，胆汁酸从肝脏分泌到肠内。 Stacy及其同事提供的遗传证据表明，感染后，可以使用牛磺酸的常驻细菌在肠道中变得更加常见。 当细菌代谢牛磺酸时，它们会产生硫化氢气体。 c，硫化氢抑制有氧呼吸，从而可以阻止有害细菌的生长。
胆汁酸是在肝脏中制成的，并储存在胆囊中，它们是牛磺酸在肠道中的主要来源。 它们被分泌到肠中，以帮助脂肪食物和油脂的消化。 微生物群的特定成员分解胆汁酸，释放出牛磺酸，牛磺酸可作为其他肠道细菌的能源。 牛磺酸在细菌代谢途径中的使用产生了作为副产物的化合物硫化氢。 在高浓度下，硫化氢可以抑制细胞色素氧化酶的活性，该酶催化氧依赖性（有氧）呼吸过程中发生的反应。
入侵的肠道病原体通常利用宿主产生的氧气通过有氧呼吸获得能量，从而在其定植宿主的努力中立足。Stacy和同事报告了牛磺酸介导的感染后微生物菌群产生的硫化物分子（包括硫化氢）与伴随的病原体呼吸抑制（最终将抑制病原体感染）之间的相关性。 作者证明了对两种病原体肺炎克雷伯氏菌和啮齿类克雷伯氏菌的这种作用，这表明感染后的微生物群对入侵者提供了广泛的保护。 值得注意的是本研究中提到，在动物的饮用水中添加牛磺酸会产生类似的效果。 牛磺酸是能量饮料的常见成分，这一发现对牛磺酸在肠内的作用很有趣。 对这种机制的更深入了解可能为微生物群的精确操纵打开了大门，以抗击某些传染病。
总结
这些结果表明，在饮食中补充某些代谢物（例如牛磺酸）可能会提供一种方法，以重新编程微生物的“新陈代谢”以增强对病原体的抵抗力。 这项研究确定了微生物群影响肠道病原体代谢，呼吸和毒力的机制，代表了宿主-微生物群-病原体相互作用领域的关键一步。
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参考文献：Wang et al. Identification and analysis of long non‑coding RNA related miRNA sponge regulatory network in bladder urothelial carcinoma， Cancer Cell Int (2019) 19:327