腸道細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醫學院、克利夫蘭醫學中心和哈佛醫學院的研究人員描述了一種“物種間溝通（interspecies communication）”方法：細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。相關研究結果發表在2019年2月21日的Cell期刊上，論文標題為“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）體內的腸道細菌分泌的一氧化氮。腸道細菌分泌的一氧化氮結合到成千上萬的宿主蛋白上，從而完全改變了線蟲調節它的自身基因表達的能力。

這項研究**發現腸道細菌能夠利用在包括人類在內的哺乳動物中普遍存在的一氧化氮網絡。一氧化氮以一種嚴格受到調控的方式--一種稱為S-亞硝基化（S-nitrosylation）的過程---結合到人體蛋白上。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。

這些研究結果表明一氧化氮是腸道細菌與哺乳動物宿主進行溝通的一種通用機制。之前破解與腸道細菌之間的通信路徑的研究主要集中在細菌分泌的罕見分子上。論文通訊作者、凱斯西儲大學醫學院轉化分子醫學研究所主任和克利夫蘭醫學中心哈靈頓發現研究所主席Jonathan Stamler博士說，這些新發現類似于揭示不同物種之間的一種共同的化學語言。他說，“腸道中存在極大的復雜性，許多科學家們正在尋找細菌產生的另一種可能影響人類健康的不尋常物質。”鑒于腸道中一般存在著數萬億個細菌，Stamler決定尋找所有細菌物種都可能使用的共同語言。“腸道細菌群體的巨大規模及其與宿主之間的關系預示著存在我們人類能夠別出的通用溝通方式。”

這些研究人員通過給發育中的線蟲喂食產生一氧化氮的細菌證實了這種現象。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，包括對發育至關重要的基因。當細菌分泌的一氧化氮結合到ALG-1上時，它們就會形成畸形的生殖器官而死亡。細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育。

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

這項研究提供了越來越多的證據來表明生活在腸道中的由飲食和環境決定的細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系的機會。正如益生菌的作用是促進消化一樣，將細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**的化學溝通渠道嗎？Stamler說，“我們基本上看到了一個新的領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。”