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生命科学中心祁斌课题组揭示细菌激活动物食物消化的机制

2022-09-06  

2022年9月2日,云南大学生命科学中心祁斌研究组在Cell Host & Microbe上以“Gut commensal E. coli outer membrane proteins activate the host food digestive system through neural-immune communication”为题,报道了肠道共生大肠杆菌的膜蛋白通过宿主神经-免疫来激活食物消化系统的机制。

一日三餐后,消化系统将开始繁忙的工作,将食物加工成供宿主细胞吸收和利用的小分子。由于缺乏理想的体内/体外研究体系去系统的探究食物消化的分子机制,消化生物学中仍存在诸多盲点,目前仍然停留在消化酶对于食物消化的认知。因此,动物究竟是如何消化食物的?消化道中的微生物又是如何影响动物来消化食物的呢?

建立食物消化研究体系:为了探究微生物调控宿主食物消化的潜在机制,研究人员首先建立了一个高效、廉价的食物消化研究模型。之前作者的研明(eLife, 2017; Cell, 2018)当给秀丽线虫喂养腐生葡萄球菌(SS)时线虫不能发育(停滞在幼虫阶段)。本研究意外发现幼虫喂养SS后,细菌没有被消化,堆积在肠道中,而补充热灭活大肠杆菌(后文简写为 HK-E. coli)后可以激活线虫消化SS。由此研究人员建立了HK-E. coli激活秀丽线虫消化SS的研究体系,旨在寻找细菌(大肠杆菌)中可以激活线虫消化食物(SS)的关键分子,并解析该分子激活线虫消化系统的作用机制。 通过对HK-E.coli进行酶处理、质谱分析以及对大肠杆菌突变体的筛选,研究人员发现大肠杆菌中的膜蛋白OmpA/F 激活线虫消化SS 菌。

阐明先天免疫新功能:作为食物消化的“开关”机制。为了解析HK-E.coli激活动物消化系统潜在的分子机制,作者通过转录组、遗传学分析发现抑制保守的先天免疫 p38/PMK-1通路可以激活线虫食物消化系统。且通过建立细菌突变体-宿主消化筛选体系,发现大肠杆菌膜蛋白OmpA/F通过抑制p38/PMK-1通路来激活食物消化。  

发现新的食物消化调控机制:肠道大肠杆菌膜蛋白通过神经-免疫对话激活动物消化食物。神经肽和神经递质等物质可以调节动物的一系列摄食行为。为了探究神经信号是否参与了食物消化过程,作者筛选了神经肽、多巴胺受体,发现大肠杆菌膜蛋白OmpA/F通过激活神经肽NLP-12促进线虫消化食物。已有研究表明NLP-12作用于受体CCKR-1,是哺乳动物胆囊收缩素的同源物,在奖赏行为中受到多巴胺信号的调节。通过本研究发现缺失多巴胺受体或添加多巴胺拮抗剂会抑制依赖于OmpA/F蛋白调控的消化。并且多巴胺及NLP-12-CCKR-1通过抑制先天免疫p38/PMK-1来激活食物消化系统。最后,本研究通过RNAi筛选潜在的糖苷酶基因,发现大肠杆菌激活消化系统依赖于糖苷酶AAGR-2、AAGR-4和MOGS-1,且抑制p38/PMK-1也是通过激活上述糖苷酶来促进线虫对于SS食物的消化。

综上,本研究首次建立线虫食物消化研究体系,并揭示了大肠杆菌膜蛋白OmpA/F通过多巴胺和NLP-12-CCKR-1抑制先天免疫p38/MK-1通路,从而激活动物食物消化系统的机理。这一工作为神经、免疫和消化过程建立了新的联系,也揭示了肠道微生物膜蛋白在宿主消化和免疫过程中的重要作用。

云南大学生命科学中心硕士研究生耿圣雅,博士研究生李倩,助理研究员周雪,硕士研究生郑军康、刘慧敏为该论文的共同第一作者,参与该工作的还有曾洁,硕士研究生杨睿智、付和瑞、郝凡锐,本科生冯千栩。祁斌研究员为论文通讯作者。

供稿:生命科学学院

编辑:李哲

责任编辑:王崴


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