两人为伴，三人成患：跨界竞争影响结肠炎进展

《Cell Reports》：Two’s company, three’s a crowd: Cross-kingdom competition influences colitis progression

　　

胃肠道中的跨界相互作用可影响疾病结局。在《Cell Host & Microbe》近期的一篇文章中，Zhou等人描述了一种由真菌白色念珠菌（Candida albicans）通过跨界代谢交叉喂养（cross-kingdom metabolic cross-feeding）机制驱动的结肠炎恶化机制。

**论文解读文章**

**研究背景与问题**
胃肠道微生物群落包含真菌与细菌，其跨界相互作用对宿主免疫稳态及疾病结局具有重要影响。白色念珠菌（Candida albicans）作为常见共生真菌，在肠道中定植并可转变为条件致病菌，与炎症性肠病（inflammatory bowel disease, IBD）的进展密切相关。然而，真菌与细菌之间的代谢互作如何影响肠道定植及疾病易感性，仍是未解之谜。既往研究已揭示沙门氏菌（Salmonella Typhimurium）可通过与C. albicans结合并诱导其分泌精氨酸来促进自身增殖，但不同真菌物种间的竞争关系及代谢底物竞争如何调控结肠炎，尚缺乏系统机制阐释。Zhou等人利用IBD患者队列，结合粪便真菌组、细菌组及代谢组学数据，发现健康人群中细极枝孢菌（Cladosporium tenuissimum）富集，而IBD患者中C. albicans占优势，且两者呈负相关，提示二者间的竞争可能决定IBD进展。该研究旨在阐明C. tenuissimum抑制C. albicans的代谢机制，并探索肠道菌群及饮食因素在其中的调控作用。

**研究内容与结论**
研究人员通过构建小鼠结肠炎模型，证实C. albicans可加重结肠炎，而C. tenuissimum共定植能显著减轻疾病症状（体重下降、结肠缩短及组织病理损伤）。进一步利用传统小鼠定植模型，发现C. tenuissimum使C. albicans粪便及结肠组织载量降低约1.2–1.5 log，表明抑制效应源于对C. albicans生长的直接遏制。通过体外竞争实验及无菌小鼠盲肠内容物培养，验证了该抑制作用的可重复性。

**主要关键技术方法**
1. 临床队列分析：收集IBD患者（n=XX）及健康对照粪便样本，进行真菌ITS扩增子测序、细菌16S rRNA测序及非靶向代谢组学分析，鉴定差异富集真菌及代谢物。
2. 小鼠模型：采用DSS诱导的结肠炎模型及传统抗生素处理后的胃肠道定植模型，评估单菌或共定植对疾病表型及真菌载量的影响。
3. 体外竞争实验：在真菌培养基或无菌小鼠盲肠内容物中，以不同比例共培养C. tenuissimum与C. albicans，测定菌落形成单位（CFU）。
4. 营养利用谱分析及转录组学：通过Biolog表型微阵列及RNA-seq，鉴定两种真菌对氨基酸的利用能力及差异表达基因。
5. 基因敲除突变体构建：利用CRISPR-Cas9技术构建C. tenuissimum Δspe1（鸟氨酸利用缺陷）及C. albicans Δilv1（苏氨酸利用缺陷）突变株，用于功能验证。
6. 饮食干预实验：在小鼠饮水中添加或限制苏氨酸，观察对C. albicans定植及结肠炎的影响。
7. 细菌共培养与体内验证：将脆弱拟杆菌（Bacteroides fragilis）与C. albicans、C. tenuissimum共培养或共定植小鼠，评估其提供苏氨酸的效应。

**研究结果**

**1. 细极枝孢菌通过竞争鸟氨酸抑制白色念珠菌**
通过营养利用谱分析，研究人员发现C. tenuissimum与C. albicans均能利用鸟氨酸（ornithine），而C. tenuissimum对鸟氨酸的利用效率更高。转录组学显示，C. tenuissimum中鸟氨酸代谢相关基因（如spe1）在共培养时上调。体外竞争实验中，在仅含鸟氨酸的培养基中，C. tenuissimum显著抑制C. albicans生长；而C. tenuissimum Δspe1突变株则丧失抑制能力，证实鸟氨酸竞争是关键机制。

**2. 苏氨酸可挽救白色念珠菌免受抑制**
研究人员发现苏氨酸（threonine）是仅能被C. albicans利用的氨基酸。在同时含有鸟氨酸和苏氨酸的培养基中，C. albicans可逃脱C. tenuissimum的抑制。C. albicans Δilv1突变株（无法利用苏氨酸）则无法被苏氨酸挽救。小鼠定植模型中，饮食添加苏氨酸使野生型C. albicans载量恢复，而Δilv1突变株仍被抑制，证实苏氨酸通过营养劫持逆转抑制效应。

**3. 脆弱拟杆菌通过提供苏氨酸促进结肠炎**
回归IBD队列代谢组学数据，发现苏氨酸在IBD患者中显著升高。通过相关性分析，研究人员筛选出与苏氨酸、C. albicans正相关且在IBD中富集的细菌，其中脆弱拟杆菌（B. fragilis）在体外合成苏氨酸能力最强。在共培养体系及小鼠模型中，B. fragilis的加入无需外源苏氨酸即可挽救C. albicans，并诱导结肠炎。

**4. 限制膳食苏氨酸减轻结肠炎**
最后，研究人员通过限制小鼠饮食中的苏氨酸，发现可显著降低C. albicans肠道载量，并保护小鼠免受DSS诱导的结肠炎，进一步证实苏氨酸在疾病进展中的关键作用。

**讨论与结论**
该研究揭示了一种由鸟氨酸竞争驱动的跨界真菌互作机制：肠道共生真菌C. tenuissimum通过消耗鸟氨酸限制C. albicans生长，从而抑制结肠炎；而苏氨酸（可由共生细菌如B. fragilis提供或通过饮食摄入）能特异性地挽救C. albicans，使其恢复增殖并促进疾病进展。研究结论强调，代谢底物竞争与交叉喂养共同决定肠道真菌群落的动态平衡及IBD易感性。论文发表在《Cell Host & Microbe》。本工作为理解肠道真菌-细菌-宿主三角互作提供了机制框架，并提示靶向特定氨基酸代谢（如限制苏氨酸）或调节C. tenuissimum丰度可能成为IBD治疗新策略。未来的研究需进一步探讨C. albicans菌株多样性、非白色念珠菌物种（如C. tropicalis）的作用、宿主微生物组与炎症类型的交互影响，以及该发现向临床转化的可行性。