Nature:肠道菌群分泌特殊的代谢产物,影响宿主健康
2017/11/27
肠道微生物被称为人类的“第二基因组”,其结构、组成和状态与宿主健康息息相关。11月22日,《Nature》最新一篇文章揭示了其中一个细节——特定的细菌会通过氨基酸代谢,改变小鼠血液中特定分子的水平,从而影响肠道健康和免疫系统。


过去15年,科学家们已经证明,肠道微生物参与营养吸收、物质代谢、免疫防御等重要生理过程,与多种疾病的发生有关联,例如糖尿病、心脏病、过敏和抑郁。这些微小的生命体之所以会产生如此大的影响,其中一个原因是:它们会分泌代谢产物,进入血液循环。然而,明确特定细菌产生分子的种类,以及调控分子改变健康的具体机制,这一直是个挑战。

现在,来自于斯坦福大学医学院的微生物学和免疫学副教授Justin Sonnenburg带领团队以小鼠为模型,利用遗传学、代谢学技术详细解析了肠道微生物关键的代谢通路,并展示了肠道细菌对宿主机体影响的细节。

肠道细菌分解氨基酸

我们每日的饮食,除了补充自身营养之外,还会影响肠道微生物。当摄取富含色氨酸(tryptophan)的食物(例如感恩节的火鸡),肠道微生物中的一个特定细菌——生孢梭菌(Clostridium sporogenes)会负责分解色氨酸,并分泌代谢产物吲哚丙酸(indolepropionic acid,IPA,被证实有助于强化肠壁进入血液,与免疫系统互作,改变肠道生物学特性。

现在,Justin Sonnenburg和团队第一次详细表明了生孢梭菌分解色氨酸产生吲哚丙酸的具体过程。他们证实,这一反应会产生12种代谢产物,其中有9种会在血液中聚集,3种仅由细菌产生。

当研究人员阻断生孢梭菌分解色氨酸的能力,小鼠血液中的IPA浓度会发生变化。此外,小鼠免疫系统、肠道生理也会出现差异。

吲哚丙酸对健康的影响

研究团队找到生孢梭菌分解色氨酸的关键基因,并证实fldC基因对于IPA的产生必不可少。他们给无菌小鼠分别注射野生型生孢梭菌(有能力生成吲哚丙酸)或者一种缺乏fldC基因的细菌。结果显示,注射生孢梭菌的小鼠,血液中IPA水平达到80微摩尔。而接受转基因细菌的小鼠血液中,无法检测到IPA。

IPA浓度的改变对小鼠会产生哪些影响?他们发现,未检测到IPA水平的小鼠体内免疫细胞活跃度较高,包括中性粒细胞、单核细胞和记忆T细胞。此外,体内共生有转基因细菌的小鼠,其肠道存在缺陷(渗透性更大),易引发包括炎症性肠病在内的疾病。

靶向微生物

Sonnenburg表示,如果这一结果同样适用于人类,那么它将有望给一些肠道疾病带来新的治疗范式——并不是简单的补充吲哚丙酸等化合物,而是调整微生物组成和结构,从根本上改变新陈代谢,例如,通过提高生孢梭菌水平治疗炎症性肠病,并确保患者摄取足够多的色氨酸。

研究团队计划下一步在更复杂的肠道微生物的大背景中研究生孢梭菌以及IPA水平对宿主健康的影响,并探究肠道微生物产生的其他可能影响健康的代谢产物。“IPA只是冰山一角。” Sonnenburg解释道。

参考资料:

Druglike molecules produced by gut bacteria can affect gut, immune health

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