一个包括范德堡健康中心研究人员在内的多机构团队发现，一种肠道病原体能够重塑肠道环境，为其自身定植和致病提供条件。
研究人员表明，产肠毒素脆弱拟杆菌（ETBF）——一种引起腹泻并与结肠炎（结肠炎症）和结直肠癌相关的病原体——利用其产生的毒素重编程肠道细胞代谢，创造支持其生长的条件。这项于4月30日发表在《细胞》杂志上的研究，为阻断ETBF等病原体的生长提供了新的治疗策略。
"我们的研究发现表明，与疾病相关的微生物不仅仅是对炎症做出反应——它们可以通过重塑宿主代谢来主动驱动炎症。这为干预提供了新的可能性，例如通过靶向宿主与微生物之间的代谢相互作用，来预防或阻断感染性腹泻和结直肠癌等疾病，"病理学、微生物学和免疫学助理教授、该研究的主要通讯作者朱文涵（Wenhan Zhu）博士说。
朱文涵长期以来一直对病原体如何在竞争激烈的肠道环境中取得成功感兴趣。
"肠道是人体中微生物密度最高的环境之一，营养物质的竞争非常激烈，但某些微生物仍然能够立足并引发疾病，"他说。"这些微生物最终是在争夺营养物质，而炎症和癌症等过程可能是它们改变环境以获取这些资源的方式。"
尽管携带ETBF的人群比例在不同研究中有所差异，但它可以是肠道微生物群的常见成员，被认为是一种经典的厌氧菌，这类细菌需要低氧环境（如大肠中的环境）才能生存。它产生一种毒素，与肠道宿主细胞相互作用，引起炎症并增加氧气和氧化应激——这些条件通常对ETBF等厌氧菌有害。
朱文涵和同事们正在探索ETBF如何应对和利用这些条件，以深入了解微生物生理学和宿主-微生物相互作用。在当前研究中，研究人员在动物模型中表明：
- ETBF利用其毒素重编程肠道上皮细胞代谢。
- 这种代谢转变减少了宿主细胞的氧气消耗，增加了肠道中的氧气可用性。
- 尽管ETBF传统上被认为是一种厌氧菌，但由此产生的环境支持其生长。
- 这些变化还创造了促进与结直肠癌相关的疾病相关微生物群落的条件。
"我们最令人惊讶的发现之一是，一种经典的厌氧菌可以从富氧环境中受益，甚至帮助创造富氧环境，"朱文涵说。"这挑战了厌氧微生物根本无法耐受氧气的传统观点。"
研究人员还发现，ETBF以意想不到的方式重塑了肠道环境，例如通过促进上皮细胞增殖以及操控免疫信号通路和胆汁酸生物学。
他们继续探索ETBF如何修改其环境以成功定植和致病；这些机制如何广泛适用于其他微生物和疾病环境；以及这些相互作用是否可以作为治疗靶点。
"最终，我们希望找到策略，在这些促进疾病的生态位导致长期病理变化之前将其破坏，"朱文涵说。
四位研究人员对研究贡献相等，是共同第一作者：范德堡健康中心的Luisella Spiga博士、Ryan Fansler和Yifan Wu博士；以及西北大学芬伯格医学院的Alexandra Grote博士。对研究做出重要贡献的还有范德堡健康中心的Madison Butler、约翰霍普金斯大学的Cynthia Sears医学博士；以及MIT和哈佛大学Broad研究所的共同通讯作者Ashlee Earl博士。
该研究得到了美国国立卫生研究院（资助号：F31AI178950、R35GM147470、R01DK134692、R35GM150625、U19AI110818、U2CDK119886、OT2OD030544、U2CDK119889、P30CA068485和P30DK058404）；V基金会；结直肠癌联盟；G. Harold & Leila Y. Mathers基金会；以及Jane Coffin Childs医学研究纪念基金的支持。
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