原文阅读链接：微生物代谢产物——肠杆菌素抑制线粒体呼吸并减轻结肠炎  

标题：Microbial metabolite Enterobactin impairs mitochondrial respiration and alleviates colitis

期刊：Gut Microbes

IF：11.0

一、背景：

近年来，肠道菌群与宿主之间的“代谢对话”成为研究热点。铁是宿主与微生物争夺的重要微量元素。对宿主而言，铁参与线粒体呼吸链与能量生成；对细菌而言，铁是生长必需因子。在肠道环境中，宿主与微生物长期进行“铁争夺战”。过去认为，细菌铁载体肠杆菌素（Ent）主要用于细菌竞争铁资源。故本研究通过用 Ent（单独或联合铁离子、重组 Lcn2）处理小鼠骨髓来源巨噬细胞（BMDMs）与人源肠道上皮细胞（IEC），通过 Seahorse XFe96 分析仪检测线粒体呼吸。在体实验采用葡聚糖硫酸钠（DSS）诱导小鼠结肠炎，并给予2,3-DHBA或2,5DHBA处理。以探究微生物产生的肠杆菌素，是否会影响宿主线粒体功能以及这种影响是对机体是损伤还是保护。

 二、结果：

1.肠杆菌素（2,3DHBA）能从肠道进入血液

研究利用无菌大鼠和普通大鼠对比发现，普通大鼠的血清中能检测到肠杆菌素的单体形式——2,3DHBA，而无菌大鼠中几乎测不到。同时，普通大鼠粪便中的Lcn2水平也显著升高，说明微生物定植激活了先天免疫。结论：肠道菌群产生的肠杆菌素可以进入宿主血液循环（图1）。

2.长时间暴露肠杆菌素会剂量依赖地抑制巨噬细胞线粒体呼吸

将巨噬细胞与不同浓度的肠杆菌素共培养24小时后，线粒体的基础呼吸、最大呼吸、ATP产量、质子漏和备用呼吸能力均呈剂量依赖性下降。此外，细胞培养上清和裂解液中均能检测到肠杆菌素，证明它能够进入细胞内部。提示肠杆菌素通过进入细胞并螯合铁来损伤线粒体功能（图2）。

3.肠杆菌素对线粒体的抑制依赖于“缺铁”状态，而铁饱和或单独加铁都不行

当肠杆菌素与铁结合（EntFe³⁺）后，它不再抑制线粒体呼吸，反而能恢复基础呼吸和ATP产量。但单独加铁却会抑制呼吸并升高活性氧。这说明：缺铁（由肠杆菌素引起）和铁过载都会损伤线粒体，机制不同。而肠杆菌素的毒性关键就在于它的“抢铁”能力（图3）。

4.Lcn2缺失让线粒体更脆弱，而外源Lcn2能拯救

与野生型相比，Lcn2基因敲除小鼠的巨噬细胞本身线粒体呼吸就较低。给敲除细胞加肠杆菌素后，呼吸进一步崩溃，即使同时加铁也无法挽救。但加入重组Lcn2后，线粒体功能恢复正常。实验证实，Lcn2能与肠杆菌素结合，阻断其螯铁能力，并降低线粒体活性氧。因此，Lcn2是细胞抵御肠杆菌素攻击的关键“护卫”（图4）。

5.肠杆菌素同样损害肠道上皮细胞的线粒体，并激活AMPK和HIF-1α

在人肠道上皮细胞（Caco2）中，肠杆菌素同样抑制了基础呼吸、ATP产量和备用呼吸能力，而铁饱和的肠杆菌素没有影响，重组Lcn2能保护细胞。Western blot显示，肠杆菌素特异性降低了线粒体复合物II亚基SDHB（含铁硫簇）的表达，同时激活了AMPK和HIF1α信号，并显著升高线粒体活性氧。说明肠杆菌素通过破坏铁硫簇来干扰电子传递链（图5E）。

6.细菌铁载体（肠杆菌素Ent、2,3-二羟基苯甲酸2,3-DHBA）与哺乳动物铁载体2,5-二羟基苯甲酸2,5-DHBA对线粒体呼吸及细胞增殖的作用不同

比较三种化合物：环状肠杆菌素、2,3DHBA（细菌单体）和2,5DHBA（哺乳动物自身产生的单体）。只有肠杆菌素抑制线粒体呼吸并升高活性氧，2,3DHBA影响很弱，2,5DHBA几乎无作用。另外，肠杆菌素会降低紧密连接蛋白（ZO1、occludin、claudin1）的mRNA表达，并严重延缓细胞划痕愈合，而2,3DHBA不影响愈合。结构差异决定功能（图6）。

7.口服2,3DHBA能有效缓解小鼠结肠炎

在DSS诱导的结肠炎模型中，口服2,3DHBA能减轻体重下降、恢复结肠长度、减轻脾脏肿大，而2,5DHBA无效。同时，2,3DHBA减少了血清FITCdextran渗漏，降低了血清和粪便中的Lcn2、血清KC以及结肠MPO活性。说明2,3DHBA具有抗炎、保护肠屏障、减少中性粒细胞浸润的作用（图7G）。

8. 2,3-DHBA修复肠道组织并恢复线粒体稳态

组织学上，2,3DHBA治疗组结肠上皮损伤、隐窝丢失和炎症浸润明显减轻，杯状细胞部分恢复，紧密连接蛋白occludin和claudin1表达升高。在分子水平，2,3DHBA提高了线粒体生物合成主调控因子PGC1α和Dio2的表达，降低了过度升高的抗氧化酶（SOD2、Gpx、Nrf2），并上调了线粒体动力学蛋白UCP1、MFN1和OPA1。结论：2,3DHBA通过恢复线粒体稳态保护结肠炎（图8）。

三、总结

本研究证明了Ent前体2,3-DHBA对线粒体呼吸的抑制不仅减轻炎症，还对IBD产生强效保护，从而揭示了一个重要的线粒体hormesis案例：靶向、非致死性线粒体应激触发保护性适应性反应，增强细胞韧性与疾病抵抗力，为用微生物源代谢物干预治疗炎症性肠病提供了理论依据。