肠道菌会分泌的不同代谢产物，不仅能帮助消化宿主胃里的食物，也会影响人体的基因表现，进而影响宿主的健康。例如，肠道微生物中的梭状芽孢杆菌（clostridium sporogenes）会分泌吲哚丙酸（indolepropionic acid, IPA），改变肠道生物学特性，进而调控人体免疫系统。
近日，由凯斯西储大学（Case Western Reserve University）医学院、克利夫兰医学中心（Cleveland Medical Center）、哈佛医学院组成的研究团队发现一种跨物种交流的新化学语言，即细菌会分泌一氧化氮*，并且使它们能够与宿主的 DNA 进行交流并且控制它们，该研究刊登于《Cell》。
*一氧化氮（NO）会透过蛋白质 S-亚硝基化（S-nitrosylation）与半胱胺酸胺基酸上的硫原子结合形成 S-亚硝基硫醇（S-nitrosothiols, SNOs），该过程是一种在细胞中稳定蛋白质、调控基因表现的转译后修饰机制。然而，亚硝基化功能失调与阿兹海默症、巴金森症、气喘、糖尿病、心脏病和癌症等疾病产生有极大的相关性。
该研究团队以秀丽隐杆线虫（Caenorhabditis elegans，简称线虫）为研究模式。他们发现肠道菌分泌的一氧化氮附着在成千上万的宿主蛋白上，完全改变线虫调节其自身基因表现的能力。他们也让发育中的线虫摄取一氧化氮生产细菌，然后透过 microRNAs，使其基因沉默蛋白 Argonaute（线虫为 ALG-1 和哺乳动物为 AGO2，二者之间存在高度保守）S-亚硝基化，进而改变其基因控制能力，包含参与发育的重要基因。当一氧化氮被肠道菌分泌并附着在 ALG-1上时，线虫生殖器官产生发育畸形并且死亡，过多的一氧化氮控制线虫的基因沉默蛋白，损害健康发育。
该研究作者 Jonathan Stamler 博士表示：“事实上，动物不会让该情况发生，实验室环境之外的哺乳动物宿主能不断适应变化的一氧化氮。线虫也会采取停止食用制造一氧化氮的细菌，或食用更多的其他几乎不产一氧化氮的细菌，或者换个居住环境等等。同理可证，人类的微生物群产生过多的一氧化氮也可能导致胎儿疾病或发育问题。”
该研究再次证实，由饮食和环境决定的肠道菌对哺乳动物的健康产生巨大影响，而一氧化氮可望成为该共生关系的新调控者。Stamler 博士指出，就像益生菌被设计用于改善消化一样，未来能想像用人体肠道接种细菌以改善一氧化氮讯息传递，也代表未来有很多机会操纵一氧化氮来改善人类健康。它可望成为作为一种药物或治疗方法。
总结以上，虽然一氧化氮和 S-亚硝基化可能是影响肠道菌和人类之间的一般种间交流模式，但一氧化氮应该不是唯一的化学通讯方式。但未来仍需更多研究和临床试验来佐证。
延伸阅读：人体肠道内的基因版 POKEMON GO参考资料：
1. Nature (2017). nature.com/articles/doi:10.1038/nature24661
2. Cell. DOI: 10.1016/j.cell.2019.01.037
3. https://www.eurekalert.org/pub_releases/2019-02/cwru-nc022119.php
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