Cell：肠道细菌与哺乳动物宿主之间存在一种通用的沟通策略---一氧化氮

2019年2月23日讯/生物谷BIOON/---肠道中的细菌不仅帮助哺乳动物宿主消化胃部中的食物，还能够告诉它们的宿主基因该做什么。如今，在一项新的研究中，来自美国凯斯西储大学医学院、克利夫兰医学中心和哈佛医学院的研究人员描述了一种“物种间沟通（interspecies communication）”方法：细菌分泌一种称为一氧化氮的特定分子，从而允许它们与宿主DNA进行沟通并控制宿主DNA，这提示着这两者之间的交谈可能广泛地影响人类健康。相关研究结果发表在2019年2月21日的Cell期刊上，论文标题为“Regulation of MicroRNA Machinery and Development by Interspecies S-Nitrosylation”。

图片来自Cell, 2019, doi:10.1016/j.cell.2019.01.037。

这些研究人员追踪了秀丽隐杆线虫（一种常见的哺乳动物实验室模型）体内的肠道细菌分泌的一氧化氮。肠道细菌分泌的一氧化氮结合到成千上万的宿主蛋白上，从而完全改变了线虫调节它的自身基因表达的能力。

这项研究首次发现肠道细菌能够利用在包括人类在内的哺乳动物中普遍存在的一氧化氮网络。一氧化氮以一种严格受到调控的方式--一种称为S-亚硝基化（S-nitrosylation）的过程---结合到人体蛋白上。这个过程受到破坏广泛地与阿尔茨海默病、帕金森病、哮喘、糖尿病、心脏病和癌症等疾病有关。

这些研究结果表明一氧化氮是肠道细菌与哺乳动物宿主进行沟通的一种通用机制。之前破解与肠道细菌之间的通信路径的研究主要集中在细菌分泌的罕见分子上。论文通讯作者、凯斯西储大学医学院转化分子医学研究所主任和克利夫兰医学中心哈灵顿发现研究所主席Jonathan Stamler博士说，这些新发现类似于揭示不同物种之间的一种共同的化学语言。他说，“肠道中存在极大的复杂性，许多科学家们正在寻找细菌产生的另一种可能影响人类健康的不寻常物质。”鉴于肠道中一般存在着数万亿个细菌，Stamler决定寻找所有细菌物种都可能使用的共同语言。“肠道细菌群体的巨大规模及其与宿主之间的关系预示着存在我们人类能够别出的通用沟通方式。”

这些研究人员通过给发育中的线虫喂食产生一氧化氮的细菌证实了这种现象。他们随后选择了一种非常重要的从线虫到人类都高度保守的蛋白argonaute（ALG-1），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结合到ALG-1上时，它们就会形成畸形的生殖器官而死亡。细菌分泌的过多的一氧化氮控制了线虫的DNA沉默蛋白并损害了健康的发育。

Stamler说，“实际上，动物不会让这种情况发生。”相反，这些作者们猜测在实验室之外的环境中，哺乳动物宿主将进行调整来适应不断变化的一氧化氮水平。Stamler说：“线虫将能够停止摄入产生一氧化氮的细菌，或者它将开始摄入不同的产生较少一氧化氮的细菌，或者改变它的环境，或无数的其他适应性。但是，基于同样的原因，我们的肠道微生物组产生的过多的一氧化氮可能会导致疾病或胎儿发育问题。”

这项研究提供了越来越多的证据来表明生活在肠道中的由饮食和环境决定的细菌对哺乳动物的健康有着巨大的影响。Stamler猜测一氧化氮可能代表了一种操纵这种共生关系的机会。正如益生菌的作用是促进消化一样，将细菌接种到人体肠道中来改善一氧化氮信号传是可以想象的。“我如今认为这是一种治疗药物。有很多机会操纵一氧化氮来改善人类健康。”

尽管一氧化氮和S-亚硝基化可能一种具有广泛健康影响的物种间沟通模式，但是它将需要在未来开展更多的研究。一氧化氮会是唯一的化学沟通渠道吗？Stamler说，“我们基本上看到了一个新的领域为通用沟通策略打开了大门。可能还存在其他的通用沟通策略。”（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Puneet Seth et al. Regulation of microRNA machinery and development by interspecies s-nitrosylation. Cell, 2019, doi:10.1016/j.cell.2019.01.037.