腸道細(xì)菌與哺乳動物宿主之間存在一種通用的溝通策略---一氧化氮

腸道中的細(xì)菌不僅幫助哺乳動物宿主消化胃部中的食物，還能夠告訴它們的宿主基因該做什么。如今，在一項新的研究中，來自美國凱斯西儲大學(xué)醫(yī)學(xué)院、克利夫蘭醫(yī)學(xué)中心和哈佛醫(yī)學(xué)院的研究人員描述了一種“物種間溝通（interspecies communication）”方法：細(xì)菌分泌一種稱為一氧化氮的特定分子，從而允許它們與宿主DNA進行溝通并控制宿主DNA，這提示著這兩者之間的交談可能廣泛地影響人類健康。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在2019年2月21日的Cell期刊上，論文標(biāo)題為“Regulation of MicroRNA Machinery and Development by Interspecies S-Nitrosylation”。

這些研究人員追蹤了秀麗隱桿線蟲（一種常見的哺乳動物實驗室模型）體內(nèi)的腸道細(xì)菌分泌的一氧化氮。腸道細(xì)菌分泌的一氧化氮結(jié)合到成千上萬的宿主蛋白上，從而完全改變了線蟲調(diào)節(jié)它的自身基因表達的能力。

這項研究**發(fā)現(xiàn)腸道細(xì)菌能夠利用在包括人類在內(nèi)的哺乳動物中普遍存在的一氧化氮網(wǎng)絡(luò)。一氧化氮以一種嚴(yán)格受到調(diào)控的方式--一種稱為S-亞硝基化（S-nitrosylation）的過程---結(jié)合到人體蛋白上。這個過程受到破壞廣泛地與阿爾茨海默病、帕金森病、哮喘、糖尿病、心臟病和癌癥等疾病有關(guān)。

這些研究結(jié)果表明一氧化氮是腸道細(xì)菌與哺乳動物宿主進行溝通的一種通用機制。之前破解與腸道細(xì)菌之間的通信路徑的研究主要集中在細(xì)菌分泌的罕見分子上。論文通訊作者、凱斯西儲大學(xué)醫(yī)學(xué)院轉(zhuǎn)化分子醫(yī)學(xué)研究所主任和克利夫蘭醫(yī)學(xué)中心哈靈頓發(fā)現(xiàn)研究所主席Jonathan Stamler博士說，這些新發(fā)現(xiàn)類似于揭示不同物種之間的一種共同的化學(xué)語言。他說，“腸道中存在極大的復(fù)雜性，許多科學(xué)家們正在尋找細(xì)菌產(chǎn)生的另一種可能影響人類健康的不尋常物質(zhì)。”鑒于腸道中一般存在著數(shù)萬億個細(xì)菌，Stamler決定尋找所有細(xì)菌物種都可能使用的共同語言?！澳c道細(xì)菌群體的巨大規(guī)模及其與宿主之間的關(guān)系預(yù)示著存在我們?nèi)祟惸軌騽e出的通用溝通方式?！?/span>

這些研究人員通過給發(fā)育中的線蟲喂食產(chǎn)生一氧化氮的細(xì)菌證實了這種現(xiàn)象。他們隨后選擇了一種非常重要的從線蟲到人類都高度保守的蛋白argonaute（ALG-1），并沉默不必要的基因，包括對發(fā)育至關(guān)重要的基因。當(dāng)細(xì)菌分泌的一氧化氮結(jié)合到ALG-1上時，它們就會形成畸形的生殖器官而死亡。細(xì)菌分泌的過多的一氧化氮控制了線蟲的DNA沉默蛋白并損害了健康的發(fā)育。

Stamler說，“實際上，動物不會讓這種情況發(fā)生。”相反，這些作者們猜測在實驗室之外的環(huán)境中，哺乳動物宿主將進行調(diào)整來適應(yīng)不斷變化的一氧化氮水平。Stamler說：“線蟲將能夠停止攝入產(chǎn)生一氧化氮的細(xì)菌，或者它將開始攝入不同的產(chǎn)生較少一氧化氮的細(xì)菌，或者改變它的環(huán)境，或無數(shù)的其他適應(yīng)性。但是，基于同樣的原因，我們的腸道微生物組產(chǎn)生的過多的一氧化氮可能會導(dǎo)致疾病或胎兒發(fā)育問題?！?/span>

這項研究提供了越來越多的證據(jù)來表明生活在腸道中的由飲食和環(huán)境決定的細(xì)菌對哺乳動物的健康有著巨大的影響。Stamler猜測一氧化氮可能代表了一種操縱這種共生關(guān)系的機會。正如益生菌的作用是促進消化一樣，將細(xì)菌接種到人體腸道中來改善一氧化氮信號傳是可以想象的。“我如今認(rèn)為這是一種治療藥物。有很多機會操縱一氧化氮來改善人類健康。”

盡管一氧化氮和S-亞硝基化可能一種具有廣泛健康影響的物種間溝通模式，但是它將需要在未來開展更多的研究。一氧化氮會是**的化學(xué)溝通渠道嗎？Stamler說，“我們基本上看到了一個新的領(lǐng)域為通用溝通策略打開了大門。可能還存在其他的通用溝通策略。”