iNature - Cell Host & Microbe | 雲南大學祁斌團隊發現腸道共生大腸桿菌外膜蛋白通過神經免疫通訊激活宿主食物消化系統－鑽石舞台

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胃腸道促進食物消化，而腸道微生物群在營養分解和吸收中起着關鍵作用。然而，激活食物消化的微生物分子和下游信號通路仍未探索。

2022年9月2日，雲南大學祁斌團隊在Cell Host & Microbe（IF=31）在線發表題為「Gut commensal E. coli outer membrane proteins activate the host food digestive system through neural-immune communication」的研究論文，該研究通過在秀麗隱杆線蟲中建立食物消化系統，發現食物分解受細菌外膜蛋白 (OMP) 和神經免疫途徑之間的相互作用調節。大腸桿菌 OmpF/A 通過增加作用於受體 CCKR 的神經肽 NLP-12 來激活消化。

NLP-12 與哺乳動物膽囊收縮素同源，已知可刺激多巴胺，該研究發現多巴胺受體的缺失或添加多巴胺拮抗劑會抑制 OMP 介導的消化。多巴胺和 NLP-12-CKR-1 會聚以抑制 PMK-1/p38 先天免疫信號。此外，直接抑制 PMK-1/p38 可促進食物消化。總之，這項研究揭示了細菌 OMP 在調節動物營養吸收中的作用，並支持先天免疫在消化中的關鍵作用。

消化系統的工作原理是將食物通過胃腸道，胃腸道將食物加工成可以被身體細胞吸收和利用的分子。當食物進入口腔並通過消化系統時，神經和內分泌調節機制會發揮作用，以維持消化和隨後吸收所需的管腔最佳條件。在胃腸道內，迷走神經感覺神經元監測胃容量和腸道內容物，響應性神經迴路調節消化生理。

攝入的營養物質會激活腸內分泌細胞，這些細胞會釋放出大量的腸道激素，包括血清素、胰高血糖素樣肽 1、膽囊收縮素以及其他用於消化的激素。此外，腸道免疫系統細胞不僅可以抵禦病原體，還可以調節吸收哪些營養物質。然而，神經元免疫串擾中涉及評估從微生物群到激活宿主消化系統的特定營養素的信號事件，在很大程度上仍未被探索。

種間蛋白質相互作用及其潛在的結構界面對於細菌感染至關重要。病原體蛋白靶向參與代謝物獲取、分子運輸到細胞膜和細胞粘附複合物的多種宿主蛋白。然而，胃腸道中的微生物群在消化和合成必需代謝物方面起着關鍵作用。宿主動物體內特定微生物蛋白的功能分析具有挑戰性。

最近，研究發現了微生物蛋白在宿主生理功能中的作用。一種保守的細菌蛋白 Befa 誘導消化器官的發育。共生腸道大腸桿菌蛋白 ClpB 通過刺激胃腸道胰高血糖素樣肽 (GLP) 激活宿主飽腹感途徑。然而，調節宿主消化的腸道細菌蛋白的機制在很大程度上仍未被探索。

文章模式圖（圖源自Cell Host & Microbe ）

在這項研究中，發現了細菌蛋白在通過神經免疫串擾激活動物消化方面的意外作用。該研究建立了一個食物消化研究系統，其中線蟲不能消化不可食用的食物腐生葡萄球菌（Staphylococcus saprophyticus，SS）。然而，熱滅活的大腸桿菌 (HK-E. coli) 會激活動物消化 SS。通過將該系統與大腸桿菌 keio 突變體篩選結合使用，該研究確定了激活宿主消化的大腸桿菌膜蛋白。

此外，該研究發現大腸桿菌蛋白通過神經元多巴胺和 NLP-12-CKR-1 軸激活動物消化，通過抑制先天免疫途徑。此外，該研究發現抑制 PMK-1 可以提高動物消化 SS 的能力，從而建立了免疫和消化之間的聯繫。最後，該研究發現大腸桿菌膜蛋白在食物消化中具有保守功能。

參考消息：

https://www.cell.com/cell-host-microbe/fulltext/S1931-3128(22)00403-6#%20

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