Cell首次發現：幽門螺桿菌通過與機體“爭奪”膳食抗氧化劑維持生命

所有細胞的生命都離不開氧化還原。在氧代謝過程中，氧是必不可少的，但它也會產生活性氧（ROS）。衆所周知，細胞內過量的活性氧會使生物分子遭受氧化損傷，從而損害關鍵的細胞過程，導致各種形式的感染。因此，氧化應激的快速修復對於細胞的存活至關重要。

低分子量（LMW）硫醇 是維持細胞內氧化還原穩態所需的小分子抗氧化劑，它們在自然界中無處不在，如谷胱甘肽（GSH）就是真核生物合成的LMW硫醇。然而，與人類共同進化6萬多年，並且感染全球一半以上人口的胃病原體 幽門螺桿菌 （Helicobacter pylori）卻缺乏LMW硫醇的生物合成途徑。迄今爲止，這種可能導致消化性潰瘍甚至癌症的細菌如何在缺乏LMW硫醇的情況下維持細胞內氧化還原穩態仍是個未解之謎。

2022年11月7日，發表在 《Cell》 上的一項新研究中，來自耶魯大學的研究團隊首次發現，幽門螺桿菌表達一種新型轉運蛋白，並通過該蛋白攝取宿主胃腸道中來自膳食的LMW硫醇以維持自身的氧化還原穩態。這一發現爲開發人類多種傳染病的新藥提供一個重要靶點。

在這項新研究中，該團隊使用反應性導向的代謝組學篩選方法來鑑定幽門螺桿菌中的LMW硫醇，發現了不尋常的抗氧化劑麥角硫因。

麥角硫因 （EGT）是一種天然氨基酸，具有顯著的抗氧化特、抗炎、保護細胞和抗紫外線輻射等特性。它雖然在生理條件下高度穩定，但可以還原強氧化劑，如次氯酸（漂白劑）和過氧亞硝酸鹽。

麥角硫因是許多微生物細胞中普遍存在的成分，但只在少數幾種細菌和真菌內合成，動物和植物只能通過外源獲得。人體中的麥角硫因主要通過蘑菇、燕麥、穀物等食物獲得。在胃腸道組織中，麥角硫因含量較爲豐富，並廣泛參與降低疾病風險的作用。

研究人員發現，幽門螺桿菌雖然無法合成麥角硫因，但可以表達一種先前未被鑑定的ATP結合盒（ABC）轉運蛋白 EgtUV ，以在宿主環境中攝取麥角硫因，從而抵抗中性粒細胞釋放的次氯酸，爲自身提供了在胃粘膜的定植優勢。

隨後，研究人員通過小鼠實驗評估了攝入麥角硫因對幽門螺桿菌的定植影響。他們發現，在小鼠食物、胃組織和消化的食物中都存在麥角硫因 。這表明，幽門螺桿菌可以在胃環境中充分利用這種化合物，並且EgtUV賦予其競爭性定植優勢。

由於胃細胞也會積極攝取麥角硫因，因此宿主-微生物界面對這種代謝物的競爭可能會影響菌羣穩態 。

鑑於EgtUV在胃腸道微生物中的廣泛分佈，研究人員最後在25名健康志願者的糞便樣本中評估了麥角硫因能否被人類腸道共生菌代謝。結果表明， 該化合物被腸道細菌分解代謝，並且在一部分個體中，麥角硫因可以在宿主中轉化爲三甲胺 （TMA）。

TMA是一種與心血管疾病廣泛相關的代謝物氧化三甲胺（TMAO）的前體分子。因此，麥角硫因不僅可以增強幽門螺桿菌的抗氧化反應，還會促進TMAO等影響宿主生理的生物活性代謝物的產生。

由於麥角硫因水平的降低通常與神經退行性疾病、心血管疾病和自身免疫疾病的風險增加有關。因此，幽門螺桿菌對這種營養物質的消耗可能會對人類健康產生深遠影響。

總之，該研究表明轉運蛋白EgtUV是宿主相關微生物（如幽門螺桿菌）氧化還原調節的一種普遍保守的機制。膳食麥角硫因的種間競爭可能廣泛影響了宿主生理學的各個方面，包括炎症反應、神經生物學、心血管健康以及腸道微生物生態學。

由於細菌和哺乳動物細胞的麥角硫因轉運機制完全不同，因此，EgtU可能是開發廣譜抑制劑的一個很有希望的靶點，可以特異性阻止宿主胃腸道病原微生物攝取麥角硫因。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.cell.2022.10.008