经常吃到的海藻糖竟会是艰难梭菌感染大爆发的幕后推手

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《自然》：万万没想到！经常吃到的海藻糖竟会让高毒力致病菌毒力倍增，或是艰难梭菌感染大爆发的幕后推手
最近发表在《自然》上的一篇研究让奇点糕大吃一惊，美国贝勒医学院的研究人员发现，一种随处可见的保健品和食品添加剂——海藻糖竟然可以让常见致病菌，艰难梭菌的高毒力亚型的毒力再提高数倍！而且在极低浓度下也一样可以被艰难梭菌利用[1]。在同期配发的新闻观点中，评论员甚至指出，这个研究可能正说明了海藻糖是2001-2006年间，欧美地区艰难梭菌感染大爆发的“有力推手”[2]。


艰难梭菌
海藻糖是一种非还原性天然二糖，在真菌、水藻、苔藓和无脊椎动物等等中广泛存在。海藻糖有一个别名叫做“生命之糖”，性质稳定，耐热耐酸，还有抗腐蚀性。
作为保健品，海藻糖被认为有改善骨质疏松和抗辐射的作用，而且在2017年的《自然通讯》杂志上，还有研究人员发表研究，发现海藻糖可以清除动脉粥样硬化的斑块，保护心血管（《自然》子刊：科学家发现海藻糖新用处！激活巨噬细胞，治疗动脉粥样硬化 | 科学大发现）。
而作为一种合法的食品添加剂，它首先因为甜度仅有蔗糖的45%而成为一种甜味剂，在奶粉、巧克力、果冻和冰淇淋等食物中都可以添加。其次因为性质稳定，在食品加工过程中添加，可以延长食品的保质期，抑制蛋白质变性，对于油炸食品和肉类制品等脂肪含量较高的，添加海藻糖可以抑制脂肪酸化，保持食物风味。这也意味着，海藻糖的应用是非常广泛的，可能在我们不注意的时候，就已经悄悄进入我们的肚子中了。

奇点糕在零食架上找到的某品牌牛**，配料里清清楚楚写着“海藻糖”，奇点糕以前吃过很多次，从来没注意看过……
Robert Britton教授是贝勒医学院的一名分子病毒学和微生物学教授，他有一个课题就是研究为什么近年来艰难梭菌感染变得越来越严重？因为仅仅在美国，每年就约有50万人感染，1.5-2.9万人因此死亡。
而在我国，虽然缺少大规模的流行病学统计，但是华西医院感染性疾病中心宗志勇教授在一项回顾性研究中表示，基于目前有限的研究，在我国部分大型教学医院住院患者腹泻产毒艰难梭菌的检出率为11-22%，而在ICU中腹泻者艰难梭菌感染为10-32%，与国外资料基本一致。这提示我国艰难梭菌感染其实并不少见，其发病率可能与西方国家接近[3]。
再说回Britton教授，他的团队在整理资料时发现，2000年，FDA批准海藻糖可以被添加到食品中，第二年，欧洲也批准了。但是正如我们前面所说，2001-2006年间，艰难梭菌感染就大爆发了，Britton教授认为这并不是一个巧合。


研究人员绘制的1985-2012年间海藻糖获批和艰难梭菌感染暴发的时间线
从营养学和毒理学的角度来看，海藻糖没有任何问题，但是麻烦就麻烦在，一些艰难梭菌喜欢以海藻糖为食，比如RT027和RT078两种菌株。RT027的产毒素能力是其他类型艰难梭菌的十几倍甚至几十倍，30天内死亡率超过5%[4]；RT078虽然比RT027的产毒力稍弱，但还是高于其他艰难梭菌，易感人群年龄较低，疾病严重度和死亡率相似[5]。
研究人员发现，在低浓度（10mM）的海藻糖培养基中，RT027和RT078都可以生长得很好，而大部分其他的艰难梭菌需要的海藻糖的浓度大约要5倍以上。这表明，低浓度的海藻糖就足够被RT027和RT078利用，保证它们的生长繁殖。
同样是艰难梭菌，它们两个怎么这么特殊？研究人员在这次的研究中也探究了原因所在。首先对于RT027来说，有一种酶，TreA是代谢海藻糖所必需的，TreA的量与RT027代谢海藻糖的能力是正相关的。实验发现，仅仅50μM的海藻糖就足够让TreA大量表达，相较于其他类型艰难梭菌所需的50mM，这其中有1000倍的浓度差！


黑色为RT2027菌株，灰色为对照的RT053菌株

研究人员发现，这种差距是RT027携带的遗传变异导致的。艰难梭菌有一个转录抑制因子TreR，它能与海藻糖结合，从而抑制TreA酶的表达，TreA酶少，代谢海藻糖的能力也就没那么强，普通的艰难梭菌就是这样的。但是RT027的TreR中，一个氨基酸从亮氨酸变成了异亮氨酸，TreR的功能产生障碍，TreA酶的表达就“脱缰”了，大量的TreA酶使得RT027代谢海藻糖的能力大幅度上升，即使是很低浓度也不在话下。
而RT078能代谢低浓度海藻糖的原因和RT027还不太一样，RT078不存在这种遗传变异，但是所有的RT078菌株的基因序列中都有一组包含四个基因的基因簇的插入。这四个基因中有一个是可以特异性代谢海藻糖的磷酸转移酶系统（PTS）中的一个转运蛋白的编码基因，研究人员发现，这个转运蛋白的存在正是让RT078能在10nM浓度的海藻糖中生长的原因。
当然，对海藻糖的利用能力是一方面，更重要的是细菌的杀伤力会不会也有所提高呢？实验证明，会的。研究人员将人的肠道微生物移植给了小鼠，又通过基因改造得到了TreA缺陷的RT027菌株 ，用这些菌株和正常的RT027菌株分别感染小鼠，然后在它们的饮用水中加入5mM浓度的海藻糖，发现小鼠的死亡率相差悬殊，缺陷组小鼠有33.3%，而正常组达到了78.6%！果然很毒啊。在感染48小时后，研究人员发现两组小鼠的细菌荷载量其实并没有什么差异，但是毒力检测显示，正常RT027菌株产生的毒素的水平明显高于TreA缺陷菌株。


实线为TreA缺陷的RT027组小鼠，虚线为正常RT027组小鼠
研究人员还进行了一个实验，当给小鼠都感染了正常RT027菌株后，一组小鼠的饮食中加入5mM的海藻糖，这个剂量模拟了人一次补充海藻糖的量（大约为300mM，一支冰淇淋中的海藻糖添加量差不多就是这样），另一组则不加，结果与上一个实验相似，通过风险比计算，补充了海藻糖的小鼠在感染RT027后的死亡风险相比感染但不补充的增加了3倍多。
最后，研究人员还对3名艰难梭菌感染，进行了回肠造口术的志愿者的术后流出物进行了检测，发现感染了RT027菌株的患者有TreA酶的高表达，而感染了RT053的患者则没有，那么如果感染了RT027的患者摄入了一些海藻糖，RT027就可以借助海藻糖产生更多的毒素，加重患者的病情了。
对于这一研究结果，Britton教授表示， 2000年之后的艰难梭菌爆发可能也有其他的原因作祟，但是海藻糖应该是一个关键的触发因素。第一作者James Collins博士认为，这项研究的一个重要贡献是让我们意识到，我们以为的“非常安全”的食品添加成分，可能会带来意想不到的负面后果[6]。美国科学和健康委员会（ACSH）也在评论文章中提出，尽管还有一些未解决的问题，但这项研究的意义是巨大的，对于艰难梭菌感染者和携带者来说，应该考虑从饮食中“去除”海藻糖[7]。


参考资料：
[1] Collins J, Robinson C, Danhof H, et al. Dietary trehalose enhances virulence of epidemic Clostridium difficile[J]. Nature, 2018.
[2] https://www.nature.com/articles/d41586-017-08775-4
[3] 王晓辉, 宗志勇. 艰难梭菌感染现状与预防措施[J]. 中华临床感染病杂志, 2016, 9(003): 213-223.

小白天使

经常吃到的海藻糖竟会是艰难梭菌感染大爆发的幕后推手
细菌无孔不入，无处不在。。。

lyluoxiuhua

细菌很厉害！与时俱进，无孔不入！

jcyyhlb

了解学习了，谢谢老师的分享。

ynosmile

关注，谢谢分享给大家。