一氧化氮是有助于增加血液流动、传递神经信号和调节免疫功能的挥发性气体.在一项新的研究中,研究人员发现这种气体似乎还拥有一种生物功能：延长一种有机体的寿命并强化它抵抗环境胁迫(environmental stress)的能力.相关研究结果于2013年2月14日发表在Cell期刊上,论文标题为"Bacterial Nitric Oxide Extends the Lifespan of C. elegans".
在实验室中,一种被称作秀丽隐杆线虫(Caenorhabditis elegans)的线虫常被用来研究衰老.这项研究揭示这种线虫当以能够生产一氧化氮的细菌为食时显著性地存活更长时间.这种吸引人的观察指出微生物组(microbiome)可能在我们的健康中发挥着关键性作用,其中微生物组是由栖息在我们体内的数万亿个微生物细胞组成的.
论文通信作者、美国纽约大学兰贡医学中心生物化学教授Evgeny Nudler博士说,当我们变老时,我们自身的一氧化氮水平下降,而这种下降可能促进正常的衰老.他猜测,细菌补充物可能通过给人提供一些缺失的化合物而产生健康上的益处.
Nudler博士说,"在线虫中,我们如今知道能够利用一氧化氮的细菌不仅给它们自己带来优势,而且也给它们的宿主带来有益的反应.同样的事情在人肠道中可能也是正确的.它很可能就是这种情形,这是因为我们的共生菌至少在肠道中控制着我们的一些基因以便保护这些细胞对抗环境胁迫和与年龄相关的下降."共生菌给它们的宿主带来益处.
尽管人类和很多其他有机体拥有产生一氧化氮所需的酶,但是秀丽隐杆线虫则没有.相反,Nudler博士和他的研究小组报道这种线虫能够"劫持"来自生活于土壤内的枯草芽孢杆菌中的这种气体化合物.Nudler博士说,这种能力至少部分上解释着喂食枯草芽孢杆菌的线虫要比喂食大肠杆菌(不产生这种气体化合物)的线虫大约多存活50%的时间.
在这项新的研究中,研究人员发现相比于喂食剔除一种一氧化氮产生基因的枯草芽孢杆菌突变体的秀丽隐杆线虫,喂食能够产生一氧化氮的枯草芽孢杆菌的这种线虫的平均寿命将近增加了15%.他们还利用荧光传感器证实秀丽隐杆线虫不能自己产生一氧化氮气体.然而,当给这种线虫喂食正常的草芽孢杆菌时,荧光信号出现在它们的肠道中.
荧光标记实验和其他测试也证实来自枯草芽孢杆菌的一氧化氮进入这种线虫的组织,在那里,它激活65个基因.在此之前,一些基因参与抵抗环境胁迫、免疫反应和寿命增加,而其他的基因则具有未知的功能.重要的是,研究人员证实两种众所周知的调节蛋白是激活所有这些基因所必需的.
Nudler博士说,"我们发现在这种线虫体内的细菌中产生的一氧化氮气体扩散至线虫组织中,并激活非常特异性的通过两种主调节物hsf-1和daf-16发挥作用的一套基因,从而导致对环境胁迫产生较高的抵抗力和更长的寿命.引人关注的是,一种有机体产生的一个小分子能够通过直接的细胞信号转导显著地影响另一种有机体的生理学特征和甚至寿命."
作为一氧化氮全部功能的一部分,Nudler博士实验室之前证实危险的病原体如何能够利用这种分子抵抗抗生素.尽管它多才多艺,但是这项新的研究提示着一氧化氮只是枯草芽孢杆菌产生的多种有益分子中的一种.他的实验室计划利用这种强大的容易操纵的模式动物秀丽隐杆线虫来更加密切地研究其他的潜在机制,这样共生菌就能够提高健康和寿命.（生物谷Bioon.com）
doi: 10.1016/j.cell.2012.12.043
PMC:
PMID:
Bacterial Nitric Oxide Extends the Lifespan of C. elegans
Ivan Gusarov, Laurent Gautier, Olga Smolentseva, Ilya Shamovsky, Svetlana Eremina, Alexander Mironov, Evgeny Nudler
Nitric oxide (NO) is an important signaling molecule in multicellular organisms. Most animals produce NO from L-arginine via a family of dedicated enzymes known as NO synthases (NOSes). A rare exception is the roundworm Caenorhabditis elegans, which lacks its own NOS. However, in its natural environment, C. elegans feeds on Bacilli that possess functional NOS. Here, we demonstrate that bacterially derived NO enhances C. elegans longevity and stress resistance via a defined group of genes that function under the dual control of HSF-1 and DAF-16 transcription factors. Our work provides an example of interspecies signaling by a small molecule and illustrates the lifelong value of commensal bacteria to their host.
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