Science：肠道中硝酸盐能促进大肠杆菌生长，加重炎性肠病

    一直以来科学家们都有一个困扰：那些有害的细菌，如大肠杆菌，为什么会在炎症性肠病患者的肠道内大肆生长，并引起严重的腹泻呢。如今，UC Davis 的研究员们找到了答案，而这意味着我们在更好地治疗炎症性肠病的道路上迈出了第一步。

    研究员们发现了一种生物学机制，在这种机制下有害细菌在炎症性肠病患者体内生长，逐步排挤有益细菌，并损伤肠道。这一新的发现被刊登在2月8日一期的《科学》Science杂志上，并可能会帮助研究者发明治疗炎症性肠病的新方法，减少现有治疗所带来的副作用。当有益的细菌被免疫系统误杀时，炎症性肠病便会产生。此时有害细菌成倍增加，引发炎症、肠道损伤、慢性腹痛、痉挛、腹泻以及肠道习惯的其他变化。据疾病预防和控制中心的估算炎症性肠病（包括溃疡性结肠炎和克罗恩病）困扰着140万美国人。

    在试管和动物实验中，研究员发现肠道内被称作“肠杆菌科”的潜在有害细菌利用在肠炎中形成的副产物——硝酸盐，生长和蔓延。肠杆菌科包括某些大肠杆菌会加重炎症性肠病患者的肠道损伤。最终，有害细菌在炎症性肠病患者的肠道中泛滥猖獗，而肠道内正常、有益的细菌数量不断减少。

    “就像人需要氧气一样，大肠杆菌能够用硝酸盐代替氧气来呼吸，产生能量并生长。” 医用微生物学和免疫学教授Andreas Baumler 说道。

    “在炎症性肠病患者体内，由肠道炎症所产生的硝酸盐使大肠杆菌得以‘深吸一口气’，并且在养分争夺战中打败有益的微生物。” 他说。

    Baumler 解释说，炎症性肠病患者肠道内的炎症会导致一氧化氮（自由）基的产生，在抑制细菌方面十分强大。但是这些一氧化氮（自由）基非常不稳定，最终会分解为硝酸盐，被大肠杆菌一类的细菌用于生长和繁荣。相反，肠道内的有益细菌是通过发酵而生长的，所以是一个更加漫长的过程。

Baumler 提出，找出肠道内大肠杆菌一类的细菌之所以能够排挤有益细菌的原因对于发现遏制炎症性肠病的新方法起着至关重要的作用。现在，炎症性肠病的治疗主要是通过抗生素、皮质激素类或其他有效的免疫调节药物来抑制免疫反应。但是，长期的副作用会限制药物的摄入以及药效的发挥。

UC Davis 团队的研究表明，把目标对准那些产生一氧化氮和硝酸盐的分子途径，以及其他为有害肠道细菌提供养分的分子，能够稳定炎症性肠病患者的肠道环境，并使之恢复正常。他们已经开始对一种候选药物进行试验，这种药物可以中断有害细菌“茁壮成长”所依赖的多种途径。

“我们的想法是阻止那些能够被大肠杆菌一类的细菌用来呼吸和生长的分子的一切产生途径。” Baumler 说道。“从根本上消灭这些细菌。”

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doi:10.1126/science.1232467
PMC:
PMID:

Host-Derived Nitrate Boosts Growth of E. coli in the Inflamed Gut

Sebastian E. Winter1, Maria G. Winter1, Mariana N. Xavier1, Parameth Thiennimitr1,2, Victor Poon1, A. Marijke Keestra1, Richard C. Laughlin3, Gabriel Gomez3, Jing Wu3, Sara D. Lawhon3, Ina E. Popova4, Sanjai J. Parikh4, L. Garry Adams3, Renée M. Tsolis1, Valley J. Stewart5, Andreas J. Bäumler1,*

Changes in the microbial community structure are observed in individuals with intestinal inflammatory disorders. These changes are often characterized by a depletion of obligate anaerobic bacteria, whereas the relative abundance of facultative anaerobic Enterobacteriaceae increases. The mechanisms by which the host response shapes the microbial community structure, however, remain unknown. We show that nitrate generated as a by-product of the inflammatory response conferred a growth advantage to the commensal bacterium Escherichia coli in the large intestine of mice. Mice deficient in inducible nitric oxide synthase did not support the growth of E. coli by nitrate respiration, suggesting that the nitrate generated during inflammation was host-derived. Thus, the inflammatory host response selectively enhances the growth of commensal Enterobacteriaceae by generating electron acceptors for anaerobic respiration.

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