发现肠道细菌和哺乳动物宿主之间新的种间交流策略

肠道中的细菌不仅可以帮助消化宿主胃中的食物，还可以告诉哺乳动物宿主的基因该做什么。今天发表在Cell上的一项研究描述了一种“种间交流”形式，其中细菌分泌一种特定的分子 - 一氧化氮 - 这使得它们能够与宿主的DNA进行交流并控制它们，并暗示两者之间的对话可能广泛影响人类健康。

凯斯西储大学医学院，大学医院克利夫兰医学中心和哈佛医学院的研究人员追踪了微小蠕虫(秀丽隐杆线虫，一种常见的哺乳动物实验室模型)内肠道细菌分泌的一氧化氮。肠道细菌分泌的一氧化氮附着在成千上万的宿主蛋白上，完全改变了蠕虫调节其自身基因表达的能力。

该研究首次显示肠道细菌可以利用哺乳动物(包括人类)中普遍存在的一氧化氮网络。一氧化氮以严格调节的方式附着于人体蛋白质 - 称为S-亚硝基化的过程 - 并且中断广泛地涉及诸如阿尔茨海默氏症，帕金森氏症，哮喘，糖尿病，心脏病和癌症的疾病。

研究结果表明，一氧化氮是肠道细菌与哺乳动物宿主交流的一般机制。之前解决与肠道细菌之间的通信线路的工作主要集中在细菌分泌的稀有分子上。高级作者，凯斯西储大学医学院转化分子医学研究所主任，哈灵顿发现主席，医学博士Jonathan Stamler表示，新发现类似于发现跨物种共同的化学语言，而不是单一词。大学医院克利夫兰医疗中心研究所。“肠道中存在极大的复杂性，许多研究人员正在研究可能影响人类健康的细菌产生的下一种不寻常的物质，”他说。平均肠道中有数万亿的细菌，Stamler决定寻找所有细菌物种可能使用的共同语言。“这个问题的严重性肠道细菌群体及其与宿主的关系预测，我们人类可以识别出一般的沟通手段。“

研究人员通过饲喂产生一氧化氮的蠕虫细菌来证明这种现象。然后他们选择了一种非常重要的蛋白质 - argonaute蛋白质，或ALG-1，从蠕虫到人类高度保守，并沉默不必要的基因，包括对发育至关重要的基因。当细菌分泌的一氧化氮附着在ALG-1上时，它们就会形成畸形的生殖器官而死亡。来自细菌的过多的一氧化氮指挥了蠕虫的DNA沉默蛋白并损害了健康的发育。

“实际上，动物不会让这种情况发生，”斯塔姆勒说。相反，作者推测，在实验室环境之外的哺乳动物宿主将进行调整，以适应不断变化的一氧化氮水平。Stamler说：“这种蠕虫能够停止食用产生一氧化氮的细菌，或者它会开始食用不同的细菌，这些细菌会产生较少的一氧化氮，或改变其环境，或无数的其他适应性。但同样的因此，我们的微生物组产生的过多的一氧化氮可能会导致胎儿的疾病或发育问题。“

该研究增加了越来越多的证据表明，由饮食和环境决定的肠道内的细菌对哺乳动物的健康产生巨大影响。Stamler想象一氧化氮可能代表了操纵这种共生关系的机会。就像益生菌被设计用于改善消化一样，可以想象用人体肠道接种细菌以改善一氧化氮信号传导。“我现在认为这是一种治疗方法，作为一种药物。有很多机会操纵一氧化氮来改善人类健康。”

虽然一氧化氮和S-亚硝基化可能是具有广泛健康影响的种间交流的一般模式，但它将需要额外的未来研究。一氧化氮是唯一的化学通讯渠道吗?“我们基本上看到了通用战略的新领域，”Stamler说。“会有其他人。”