肠道微生物在调节宿主生理学方面发挥着重要作用。其中一个功能是定植抗性（CR），或者说是微生物群体保护宿主免受肠道病原体侵害的能力，其机制包括分泌抗菌产物、竞争营养、维持肠道屏障完整性等，但定殖抗性的机制尚未被完全阐明。
不久前，来自康奈尔大学的Pamela V. Chang团队在Nature杂志上发表了名为“Dopamine receptor D2 confers colonization resistance via microbial metabolites”的文章，作者研究表明DRD2是肠道中宿主与微生物相互作用的重要介质，并且在宿主肠道防御方面发挥着特殊作用，因此DRD2及其下游途径可以作为用于改善肠道健康和治疗某些AE病原体引起的胃肠道感染的预防或治疗靶标。
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研究背景
EHEC利用肠道上皮细胞上形成的肌动蛋白基座产生附着和消除（AE）病变来感染宿主，并分泌志贺毒素等毒力因子，从而引起肠道感染、胃肠炎、小肠结肠炎等疾病。而肠道微生物群既可以直接增强宿主防御途径并与病原体竞争肠道内的营养物质来提供对外来致病菌的定植抵抗力，也可以利用代谢产生的特定小分子产生定植抵抗作用。
色氨酸（Trp）是一种必需氨基酸，Trp在肠道微生物群中的代谢主要有两种途径：一是直接被肠道微生物群转化为各种代谢产物，如吲哚、吲哚-3-乙酸、吲哚丙酸、吲哚醛，二是犬尿氨酸（Kyn）途径，Trp经催化产生Kyn和下游代谢物，如3-HAA和3H-Kyn。有研究表明色氨酸及其代谢物具有调节免疫力和改善炎症期间肠道屏障功能的作用。
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研究思路
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色氨酸可以预防啮齿柠檬酸杆菌对小鼠的感染
为了验证Trp对于肠出血性大肠杆菌（EHEC）感染的作用。作者选择鼠柠檬酸杆菌感染模型小鼠作为研究对象，研究发现，与常规饮食小鼠相比，Trp喂养的小鼠显示出较低的柠檬酸杆菌负荷和结肠炎症，但这些变化未出现在抗生素治疗组小鼠中，这说明Trp对肠道功能的保护作用一定程度上依赖于肠道微生物群。
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Trp代谢物I3A、IPyA和IEt可预防小鼠感染啮齿柠檬酸杆菌
为了确定色氨酸代谢物介导肠道保护功能的机制，作者靶向检测了色氨酸代谢组，发现在喂食色氨酸期间感染鼠柠檬酸杆菌前后，最丰富的代谢物是分别是吲哚、吲哚-3-乙醇（IEt）、吲哚-3-丙酮酸（IPyA）和吲哚-3-乙醛（I3A）。当单独给小鼠这些代谢物饮食，能够产生和Trp同样的效果。
利用相似性集成方法（SEA）作者预测到三种代谢物都会结合多巴胺受体DRD2、DRD3和DRD4。在EHEC感染人肠上皮细胞（IEC）系Caco-2实验中，使用DRD2、DRD3和DRD4抑制剂氟哌啶醇可以降低EHEC通过肌动蛋白基座附着的作用，同时作者发现这种效应完全依赖于DRD2。而且直接用多巴胺或者DRD2激动剂苏马尼罗治疗小鼠与色氨酸代谢物具有相似的效果，总的来说，这些表明DRD2可能是宿主肠道中识别色氨酸代谢物的受体。
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Trp饮食和代谢物在预防感染柠檬酸杆菌方面的作用取决于IEC中的DRD2
接下来，作者评估了肠道上皮（AE病原体的初始靶组织）中DRD2的表达对色氨酸代谢物促进定植抵抗的作用。构建Drd2fl/fl × Vill-cre小鼠模型，并用Trp饮食、IEt、IPyA或I3A治疗柠檬酸杆菌感染的小鼠。结果发现，在Drd2fl/fl × Vill-cre小鼠中，色氨酸及其代谢物带来的定植抵抗被消除，说明IEC中表达的DRD2确实参与介导了色氨酸代谢物的作用。
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Trp代谢物通过DRD2减少啮齿柠檬酸杆菌和肠出血性大肠杆菌感染期间IEC中肌动蛋白基座的形成
为了进一步探究激活IEC中DRD2影响基座形成和AE病原体减少的分子机制，作者分别使用Gαi、Gβγ和β-arrestin信号传导抑制剂评估三者疗效，发现抑制Gβγ可以阻止代谢物诱导的N-WASP水平降低和N-WASP磷酸化增加，减慢后续通路的结蛋白酶降解。而阻断Gβγ下游的磷脂酶C（PLC）和蛋白激酶C-θ（PKCθ），也消除了色氨酸代谢物对N-WASP的这些影响。重要的是该途径依赖于DRD2，表明Trp代谢物激活IEC中的DRD2导致N-WASP水平降低，从而通过Gβγ、PLC和PKCθ的连续激活减少AE病原体的附着和定植。
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总结展望
本文作者证实了DRD2在肠道中的非常规作用，在膳食补充色氨酸期间，肠道微生物群产生的吲哚代谢物激活DRD2，可提高肠道对AE病原体（包括肠出血性大肠杆菌和啮齿类柠檬酸杆菌）的定植抵抗力。与之前描述的免疫介导途径不同的是它依赖于控制肠上皮中肌动蛋白细胞骨架的神经递质，从而影响一种关键的宿主肌动蛋白调节蛋白。这些结论意味着一种新兴独特的定植抵抗途径被发现。而DRD2及其下游途径可以作为用于改善肠道健康和治疗某些AE病原体引起的胃肠道感染新的预防或治疗靶标。
原文链接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38480886/
撰稿 | 陶恩祥
编辑 | 顾韫慧
参考文献：
1.Scott SA, Fu J, Chang PV. Dopamine receptor D2 confers colonization resistance via microbial metabolites. Nature. 2024;628(8006):180-185. doi:10.1038/s41586-024-07179-5IF: 64.8 Q1
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3.Su X, Gao Y, Yang R. Gut Microbiota-Derived Tryptophan Metabolites Maintain Gut and Systemic Homeostasis. Cells. 2022;11(15):2296. Published 2022 Jul 25. doi:10.3390/cells11152296IF: 6.0 Q2
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