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饮食中的L-丝氨酸让在炎症肠道的大肠杆菌具有竞争优势

来源:nature作者:Sho Kitamoto

在炎症性肠病中,大肠杆菌通过改变摄取的食物获得优势.

对于许多患有炎症性肠病IBD的人来说,肠子对他们的日常生活质量有着很大的影响。

IBD的特征是消化道炎症,可导致严重腹泻、疼痛和体重减轻。

导致IBD的原因仍然是个谜,肠道微生物群是关键因素,它由数万亿种细菌组成,这些细菌在肠道内形成了自己的家园。

大肠杆菌是许多食物中毒病例背后的臭名昭著的细菌,它存在于正常健康的肠道中,但当肠道发炎时,这种致病的细菌能够战胜其更为良性的同类。

坏细菌是如何在好细菌的基础上站稳脚跟的,以及简单的饮食改变是如何扭转这种局面的?

密歇根医学研究人员对IBD进行了研究,发现同样的细菌也存在于健康和发炎的消化道中,它们只是改变了竞争对手。这背后的机制是什么?

研究人员发现饮食中的L-丝氨酸(luminal L-serine) 让在炎症肠道中的大肠杆菌具有竞争优势。

代谢重编程与宿主细胞对疾病环境的适应有关,如炎症和癌症。然而,对微生物代谢重编程及其在调节肠道内共生菌和致病菌适应度方面的作用知之甚少。

坏的大肠杆菌通常由好的大肠杆菌和其他有益的细菌通过碳水化合物的代谢来控制,碳水化合物是大肠杆菌的首选营养来源。

在炎症条件下,好的细菌种类数量减少,留给大肠杆菌使用和生长的可用糖减少。然而,引起疾病的大肠杆菌仍然可以占上风。

研究小组假设,坏的大肠杆菌必须改变他们的饮食偏好,从糖到其他东西,使它们比其他细菌有优势。

事实上,他们对老鼠模型的实验研究发现,当环境发炎时,坏的大肠杆菌对氨基酸,特别是丝氨酸产生了兴趣。致病性大肠杆菌上调了丝氨酸代谢的基因。

我们发现,肠道炎症重新规划肠杆菌科的代谢途径,如大肠杆菌LF82,使其在肠道中适应炎症环境。

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图1:在发炎的肠道,大肠杆菌重新编程其代谢,并利用丝氨酸。


大肠杆菌LF92转移其代谢,在炎症肠道中分解L-丝氨酸,以最大限度地提高其生长潜力。

然而,L-丝氨酸分解代谢对其在健康肠道中的适应性影响很小。

事实上,缺乏与L-丝氨酸利用相关的基因只会在炎症期间降低大肠杆菌LF82和柠檬酸杆菌的竞争适应度。

L-丝氨酸的浓度在很大程度上取决于饮食摄入。

因此,从饮食中保留氨基酸会显著降低它们在肠腔中的利用率。因此,当从饮食中去除氨基酸,特别是L-丝氨酸时,炎症引起的大肠杆菌LF82的繁殖明显减弱。

因此,分解L-丝氨酸的能力增加了细菌的适应度,并为肠杆菌科提供了一个相对于炎症肠道中的竞争对手的生长优势。

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图2:L-丝氨酸分解代谢促进炎症肠道中AIEC的适应性。


研究小组可以通过给IBD小鼠喂低丝氨酸饮食来控制大肠杆菌过度生长。

这些发现预示了通过营养来控制有害细菌的可能机制。

我们可以使用抗生素来杀死有害细菌,但肠道微生物群对宿主生物起着有益的作用,而抗生素会杀死好的和坏的。

我们希望最终与临床医生合作,研究个性化治疗饮食对IBD患者的影响。我们必须仔细考虑病人的病情。一种饮食可能对缓解期患者有效,但对活动期患者可能无效。


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参考文献

Dietary L-serine confers a competitive fitness advantage to Enterobacteriaceae in the inflamed gut

Sho Kitamoto, Christopher J. Alteri,Nobuhiko Kamada



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