根据3月13日发表在自然杂志上的一项研究，肠道细菌和富含氨基酸色氨酸的饮食可以对致病性大肠杆菌起到保护作用，而致病性大肠杆菌可导致严重的胃肠道不适、痉挛、发烧、肠道出血和肾衰竭。
这项研究揭示了膳食色氨酸——这是一种主要存在于动物产品、坚果、种子、全谷物和豆类中的氨基酸——它是一种被肠道细菌分解为代谢物的小分子。事实证明，其中一些代谢物可以与肠道上皮（表面）细胞上的受体结合，触发某个途径，最终减少大肠杆菌附着在肠道内壁上引起感染的蛋白质的产生。当大肠杆菌无法在肠道中附着和定居时，病原体就能良性分解并排出体外。
这项研究描述了一种DRD2受体在肠道中以前未曾了解的作用。DRD2在中枢和外周神经系统中被称为多巴胺（神经递质）受体。
第一作者萨曼莎·斯科特（Samantha Scott）认为“多巴胺受体D2通过微生物代谢物赋予定植抗性”。
既然研究者已经发现了一种有助于预防大肠杆菌感染的特定途径，就有可能探索到DRD2受体及其下游途径的成分以寻找治疗靶点。
在该项研究中，使用感染柠檬酸杆菌的小鼠，这种细菌与大肠杆菌非常相似，因为某些致病性大肠杆菌不会感染小鼠。通过实验，研究人员发现在给小鼠喂食补充了色氨酸饲料后，病原体和炎症（免疫系统活跃和感染的标志）较少。然后，为了证明肠道细菌有影响，他们给小鼠服用抗生素以减少肠道中的微生物，并发现小鼠尽管吃了色氨酸饮食，但仍感染了C. rodentium，这证实了对色氨酸的保护依赖于肠道细菌。
然后，他们使用质谱分析进行了筛选，以找到肠道样本中色氨酸代谢物的化学特征，并确定了三种在给予色氨酸饮食时显著增加的代谢物。同样，基于病原体水平和炎症，当单独给小鼠喂食这三种代谢物时，它们就具有与给小鼠提供全色氨酸饮食相同的保护作用。
换个思路，研究人员使用生物信息学来发现哪些蛋白质（和受体）可能与色氨酸代谢物结合，并从一长串名单中确定了同一多巴胺受体家族中的三种相关受体。在实验室中使用人类肠道细胞系，他们就能够分离出受体DRD2，因为它在色氨酸代谢物存在的情况下具有抗感染的保护作用。
在确定了代谢物和受体后，他们分析了人类肠道上皮细胞中DRD2的下游途径。最终，他们发现当DRD2通路被激活时，宿主产生肌动蛋白调节蛋白的能力受到损害。塞拉克枸橼酸杆菌( C. rodentium )（大肠埃希氏菌 E. coli）需要肌动蛋白附着在肠道上皮细胞上，在它们定居点将毒力因子和毒素注入引起症状的细胞。但是没有肌动蛋白聚合，它们就不能附着，病原体就会通过并清除。
这些实验揭示了多巴胺受体DRD2在肠道中的新作用，它控制肌动蛋白并影响一种以前未知的途径来阻止致病菌在肠道中定居的能力。
这项研究得到了阿诺德和梅布尔·贝克曼基金会、康奈尔大学妇女阿菲尼托-斯图尔特基金主席委员会、美国国立卫生研究院和康奈尔大学宿主-微生物相互作用和疾病博士后研究基金的支持。
Source:
Journal reference:
Scott, S. A., et al. (2024). Dopamine receptor D2 confers colonization resistance via microbial metabolites. Nature. doi.org/10.1038/s41586-024-07179-5
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