Cell Host & Microbe | 云南大学祁斌团队发现肠道共生大肠杆菌外膜蛋白通过神经免疫通讯激活宿主食物消化系统

胃肠道促进食物消化，而肠道微生物群在营养分解和吸收中起着关键作用。然而，激活食物消化的微生物分子和下游信号通路仍未探索。

2022年9月2日，云南大学祁斌团队在Cell Host & Microbe （IF=31）在线发表题为“Gut commensal E. coli outer membrane proteins activate the host food digestive system through neural-immune communication”的研究论文，该研究通过在秀丽隐杆线虫中建立食物消化系统，发现食物分解受细菌外膜蛋白 (OMP) 和神经免疫途径之间的相互作用调节。大肠杆菌 OmpF/A 通过增加作用于受体 CCKR 的神经肽 NLP-12 来激活消化。

NLP-12 与哺乳动物胆囊收缩素同源，已知可刺激多巴胺，该研究发现多巴胺受体的缺失或添加多巴胺拮抗剂会抑制 OMP 介导的消化。多巴胺和 NLP-12-CKR-1 会聚以抑制 PMK-1/p38 先天免疫信号。此外，直接抑制 PMK-1/p38 可促进食物消化。总之，这项研究揭示了细菌 OMP 在调节动物营养吸收中的作用，并支持先天免疫在消化中的关键作用。

消化系统的工作原理是将食物通过胃肠道，胃肠道将食物加工成可以被身体细胞吸收和利用的分子。当食物进入口腔并通过消化系统时，神经和内分泌调节机制会发挥作用，以维持消化和随后吸收所需的管腔最佳条件。在胃肠道内，迷走神经感觉神经元监测胃容量和肠道内容物，响应性神经回路调节消化生理。摄入的营养物质会激活肠内分泌细胞，这些细胞会释放出大量的肠道激素，包括血清素、胰高血糖素样肽 1、胆囊收缩素以及其他用于消化的激素。此外，肠道免疫系统细胞不仅可以抵御病原体，还可以调节吸收哪些营养物质。然而，神经元免疫串扰中涉及评估从微生物群到激活宿主消化系统的特定营养素的信号事件，在很大程度上仍未被探索。种间蛋白质相互作用及其潜在的结构界面对于细菌感染至关重要。病原体蛋白靶向参与代谢物获取、分子运输到细胞膜和细胞粘附复合物的多种宿主蛋白。然而，胃肠道中的微生物群在消化和合成必需代谢物方面起着关键作用。宿主动物体内特定微生物蛋白的功能分析具有挑战性。最近，研究发现了微生物蛋白在宿主生理功能中的作用。一种保守的细菌蛋白 Befa 诱导消化器官的发育。共生肠道大肠杆菌蛋白 ClpB 通过刺激胃肠道胰高血糖素样肽 (GLP) 激活宿主饱腹感途径。然而，调节宿主消化的肠道细菌蛋白的机制在很大程度上仍未被探索。

在这项研究中，发现了细菌蛋白在通过神经免疫串扰激活动物消化方面的意外作用。该研究建立了一个食物消化研究系统，其中线虫不能消化不可食用的食物腐生葡萄球菌（Staphylococcus saprophyticus，SS）。然而，热灭活的大肠杆菌 (HK-E. coli) 会激活动物消化 SS。通过将该系统与大肠杆菌 keio 突变体筛选结合使用，该研究确定了激活宿主消化的大肠杆菌膜蛋白。此外，该研究发现大肠杆菌蛋白通过神经元多巴胺和 NLP-12-CKR-1 轴激活动物消化，通过抑制先天免疫途径。此外，该研究发现抑制 PMK-1 可以提高动物消化 SS 的能力，从而建立了免疫和消化之间的联系。最后，该研究发现大肠杆菌膜蛋白在食物消化中具有保守功能。

参考消息：

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

转自：“iNature”微信公众号

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