協(xié)同生物慢性腎病(CKD)困擾著全球近8.5億人，其一線治療方法是飲食干預(yù)。已有研究證實，腸道菌群與慢性腎病進(jìn)展相關(guān)，飲食中含硫氨基酸（Saa）的攝入量影響該疾病進(jìn)展，但具體機(jī)制仍不明確。來自哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院的Wendy S. Garrett團(tuán)隊，利用小鼠慢性腎病模型研究了腸道微生物群和蛋白質(zhì)攝入之間的機(jī)制聯(lián)系，發(fā)現(xiàn)細(xì)菌對含硫氨基酸的代謝通過硫化物抑制色氨酸酶來調(diào)節(jié)吲哚的產(chǎn)生，從而消除該代謝物在該模型系統(tǒng)中的尿毒癥毒性，并改善了小鼠慢性腎病的進(jìn)展。研究結(jié)果于2020年9月發(fā)表在《Science》期刊上。
低含量Saa+Ade飲食和腸道菌群加劇慢性腎病進(jìn)展
為驗證含硫氨基酸的攝入可以改善慢性腎病，作者利用慢性腎病模型小鼠進(jìn)行實驗。通過高含量和低含量的硫氨基酸+腺嘌呤（Saa+Ade）飼料分別喂食SPF級小鼠、無菌小鼠，發(fā)現(xiàn)低含量Saa+Ade飼料組的SPF級小鼠的血清肌酐水平顯著升高，出現(xiàn)嚴(yán)重腎皮質(zhì)組織病理學(xué)變化，而同組的無菌小鼠的血清肌酐和腎損傷明顯減少；高含量Saa+Ade飼料組的SPF級小鼠和無菌小鼠表型相似，證明低含量Saa+Ade飲食加劇了慢性腎病表型，腸道菌群進(jìn)一步放大了這些影響。
用醋酸鉛或亞甲藍(lán)法檢測SPF級和無菌小鼠盲腸硫化物水平，高含量Saa+Ade飼料組的SPF級小鼠盲腸硫化物水平高于低含量Saa+Ade飼料組，而無菌小鼠盲腸硫化物水平低于SPF級小鼠，說明腸道菌群將半胱氨酸代謝為H2S。使用16S核糖體RNA(rRNA)基因擴(kuò)增子調(diào)查，低含量與高含量Saa飼料組的SPF級小鼠之間腸道菌群成員的分類豐度沒有任何顯著差異，說明健康小鼠盲腸硫化物的差異可能是由微生物功能的改變引起，而不是微生物群落結(jié)構(gòu)的改變引起的。
大腸桿菌與飲食中的Saa相互作用減少腎損傷
人類慢性腎病患者樣本的標(biāo)準(zhǔn)化大腸桿菌平均基因豐度高于非慢性腎病對照。在無菌小鼠中定植ASF菌群，或定植ASF菌群和大腸桿菌K-12，發(fā)現(xiàn)在低含量Saa+Ade飼料組，小鼠定植ASF和大腸桿菌（ASFE）具有更高的血清肌酐和更廣泛的小管炎、小管萎縮和脫落、管周纖維化和皮質(zhì)晶體，且盲腸硫化物水平較高。說明，大腸桿菌與飲食中的Saa相互作用調(diào)節(jié)腎功能。
TnaA可能是慢性腎病宿主與微生物相互作用的靶點(diǎn)
醋酸鉛硫化物檢測實驗表明，需氧或厭氧生長的大腸桿菌以劑量依賴性方式從半胱氨酸中產(chǎn)生硫化物，而硫化物通過生成修飾半胱氨酸殘基的多硫化物，導(dǎo)致S-硫化水合發(fā)揮作用。通過基于質(zhì)譜的定量蛋白質(zhì)組學(xué)分析，鑒定出212種s-硫酸化蛋白質(zhì)，其中，色氨酸酶（TnaA）可以將色氨酸降解為吲哚、丙酮酸和氨，而已知吲哚參與細(xì)菌與宿主的相互作用，還可通過靜脈轉(zhuǎn)運(yùn)至肝臟，在肝臟被氧化，產(chǎn)生尿毒癥毒素硫酸吲哚酚，所以，TnaA成為研究慢性腎病小鼠模型中宿主-微生物相互作用的一個有吸引力的靶標(biāo)。
Saa調(diào)節(jié)盲腸吲哚水平和腎功能
由于ASF細(xì)菌基因組均不編碼TnaA基因，利用LC-MS/MS無法檢測到ASF小鼠盲腸內(nèi)容物中的吲哚，暗示了大腸桿菌是該模型中吲哚的唯一生產(chǎn)者，測定了兩種飲食的ASF大腸桿菌小鼠盲腸內(nèi)容物中的吲哚，發(fā)現(xiàn)接受高含量Saa飼料的小鼠吲哚水平顯著降低，證明高含量Saa飲食不僅增加TnaAS-硫化，而且這種模式足以影響體內(nèi)TnaA活性。
