Review

Appl Environ Microbiol

. 2021 Aug 26;87(18):e0054421.

 doi: 10.1128/AEM.00544-21. Epub 2021 Aug 26.

Forty Years of Oxalobacter formigenes, a Gutsy Oxalate-Degrading Specialist

Steven L Daniel 1, Luke Moradi 2, Henry Paiste 2, Kyle D Wood 3, Dean G Assimos 3, Ross P Holmes 3, Lama Nazzal 4, Marguerite Hatch 5, John Knight 3

Affiliations expand

PMID: 34190610

PMCID: PMC8388816

DOI: 10.1128/AEM.00544-21

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40 年的產(chǎn)草酸桿菌，一個(gè)勇敢的的草酸鹽降解專家

Oxalobacter formigenes是一種獨(dú)特的厭氧細(xì)菌，僅依賴草酸鹽生長，是哺乳動(dòng)物腸道中一種關(guān)鍵的草酸鹽降解細(xì)菌。O. formigenes對腸道中草酸鹽的降解在預(yù)防以富含草酸鹽植物為食的動(dòng)物的腎毒性方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。O. formigenes在降低人類草酸鈣腎結(jié)石病和草酸腎病風(fēng)險(xiǎn)方面的作用尚不清楚，部分原因是培養(yǎng)這種生物體的困難以及缺乏使用控制草酸含量的飲食的研究. 在此，我們回顧了關(guān)于發(fā)現(xiàn)O. formigenes 40 周年的文獻(xiàn)，重點(diǎn)關(guān)注其生物學(xué)、其在腸道草酸鹽代謝和草酸鈣腎結(jié)石疾病中的作用，以及未來研究的潛在領(lǐng)域。還討論了在健康志愿者和原發(fā)性高草酸尿癥 1 型 (PH1)（一種罕見但嚴(yán)重的草酸鈣腎結(jié)石疾病形式）患者中利用O. formigenes進(jìn)行的臨床試驗(yàn)的結(jié)果。已經(jīng)整合了有關(guān)O. formigenes菌株和培養(yǎng)這種細(xì)菌的最佳實(shí)踐的信息，這應(yīng)該成為研究人員的良好資源。

關(guān)鍵詞:草酸鹽降解,產(chǎn)酸草酸桿菌, 腸道微生物組, 腎結(jié)石病, 益生菌, 培養(yǎng)方法

介紹

O. FORMIGENES 的發(fā)現(xiàn)

1940 年代和 1950 年代的研究表明，草酸鹽會(huì)被人類糞便和瘤胃中的微生物降解，盡管對負(fù)責(zé)這種活動(dòng)的微生物的性質(zhì)知之甚少 ( 1 , 2 )。草酸鹽是一種常見于人類食用的植物（例如大黃、菠菜和甜菜）和反芻動(dòng)物食用的各種草料植物（例如Halogeton glomeratus ）中的化合物 ( 3 )。當(dāng)大量攝入草酸鹽時(shí)，會(huì)因草酸鈣晶體在腎臟中的形成和沉積而發(fā)生腎毒性。圖 1A）。當(dāng)綿羊在富含草酸鹽植物的田地放牧后死亡時(shí)，這個(gè)問題首先被提出來（圖 1B) ( 4 )。盡管鈣補(bǔ)充劑被用來減少放牧動(dòng)物的急性草酸鹽毒性 ( 5 )，但最成功的方法是通過逐漸適應(yīng)高草酸鹽攝入量 ( 6 )。另據(jù)報(bào)道，季節(jié)性進(jìn)食模式會(huì)影響這些動(dòng)物瘤胃中細(xì)菌對草酸鹽的降解，并且在富含草酸鹽的植物占主導(dǎo)地位的放牧作物的季節(jié)中，草酸鹽的降解程度最高（7）。最初的假設(shè)是草酸鹽降解生物在富含草酸鹽的植物上共生，并在牲畜吃草時(shí)被攝入（7)，但后來被 Allison 及其同事拒絕，他們證明選擇常駐的草酸鹽降解細(xì)菌，而不是引入新物種，是導(dǎo)致草酸鹽降解率和草酸鹽降解細(xì)菌數(shù)量增加的原因。瘤胃 ( 8 , 9 )。考慮到瘤胃的嚴(yán)格厭氧條件，Allison 及其同事假設(shè)嚴(yán)格的厭氧菌是瘤胃草酸鹽降解的主要原因，并且在 1980 年，Karl Dawson 從綿羊瘤胃中分離出一種厭氧草酸鹽降解細(xì)菌。圖 2A) ( 10 )。1985 年，Milton Allison 及其同事從人類糞便中分離出同樣的細(xì)菌。圖 2B) 并命名為Oxalobacter formigenes ( 11 )。重要的是，這是在人類腸道中首次發(fā)現(xiàn)完全依賴草酸鹽的共生專性厭氧菌。因此，這種有益的腸道細(xì)菌在草酸鹽利用方面被認(rèn)為是“專家”，而“通才”可以使用包括草酸鹽在內(nèi)的多種底物。自從其分離以來，許多研究已經(jīng)檢查了O. formigenes定植對腸道草酸鹽水平、尿中草酸鹽排泄和草酸鹽在哺乳動(dòng)物腸道中的運(yùn)輸?shù)挠绊?( 12 , – 14 )。

圖。1

（A）草酸鹽喂養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)室大鼠（RC Cutlip 和 SL Daniel，未發(fā)表的數(shù)據(jù)）腎組織染色薄片中的草酸鹽晶體（箭頭表示存在的一些晶體）。(B) 由于食用草酸含量高的植物Halogeton glomeratus引起的草酸中毒導(dǎo)致的死羊 (>1,200) （從參考文獻(xiàn)101重?。?。

圖2

Karl A. Dawson (A) 和 Milton J. Allison (B)，這兩位微生物學(xué)家負(fù)責(zé)分離和命名可降解草酸鹽的腸道細(xì)菌Oxalobacter formigenes。Dawson 博士（奧特奇副總裁兼首席科學(xué)官，現(xiàn)已退休）在 2014 年奧特奇第 30 屆年度國際研討會(huì)上發(fā)表講話。Allison 博士于 2018 年在愛荷華州立大學(xué)的實(shí)驗(yàn)室中發(fā)表講話。

O. FORMIGENES 的分類學(xué)和生理學(xué)

O. formigenes是革蘭氏陰性、專性厭氧、桿狀或曲線形、不運(yùn)動(dòng)、不形成孢子的細(xì)菌。圖 3) 已分配給以下分類群：細(xì)菌（域）；變形菌門（門）；Betaproteobacteria（類）；Burkholderiales（訂單）；草酸桿菌科（科）；草酸桿菌（屬）；甲醛（種）；和 OxB（型菌株）。表格1列出了迄今為止分離的各種O. formigenes菌株的詳細(xì)信息。比較 17 種O. formigenes菌株的細(xì)胞脂肪酸譜，包括從人類、綿羊、牛、豬、豚鼠和大鼠（野生和實(shí)驗(yàn)室）的胃腸內(nèi)容物以及淡水湖沉積物中分離的菌株，支持將這些菌株分為兩個(gè)主要組（目前指定為第 I 組和第 II 組）的概念。在第一組菌株中，環(huán)狀 17 碳脂肪酸占優(yōu)勢，而在第二組菌株中，環(huán)狀 19 碳脂肪酸占優(yōu)勢（11 , 15）。此外，基于細(xì)胞蛋白、血清學(xué)測試、16S rRNA 序列和針對oxc基因的寡核苷酸探針/引物的特異性（11 , 15 , – 17 )。迄今為止，唯一的例外似乎是菌株 OxGP1（從豚鼠盲腸中分離），根據(jù)細(xì)胞脂肪酸和oxc基因分析屬于第二組，根據(jù) rRNA 序列比較屬于第一組（圖 4) ( 16 )。有趣的是，另一種菌株 HOxBLS（II 組成員）在基于 16S rRNA 的系統(tǒng)發(fā)育樹中位于 I 組和 II 組之間。圖 4）?？傮w而言，II 組菌株似乎比 I 組菌株更多樣化，這導(dǎo)致了 Sidhu 等人的建議。II 組菌株可進(jìn)一步分為 3 個(gè)亞組 ( 17 )。這種菌株的分組/亞組相對于O. formigenes意味著什么其生態(tài)學(xué)、營養(yǎng)學(xué)和生理學(xué)、抗生素敏感性、人類定植以及對尿草酸鹽和腎結(jié)石預(yù)防的影響（僅舉幾例）目前尚不清楚，值得進(jìn)一步研究。值得注意的是，II 組菌株通常更難以在肉湯培養(yǎng)中維持，并且無法達(dá)到與 I 組菌株相同的最終光密度（未發(fā)表的觀察結(jié)果）。因此，在處理 II 組菌株時(shí)，應(yīng)提供充足的冷凍甘油儲備用于培養(yǎng)物恢復(fù)。

圖 3

(A) 產(chǎn)酸草酸桿菌菌株 OxWR1 的電子顯微照片（從參考文獻(xiàn)102重?。?。(B)產(chǎn)酸草酸桿菌 HOxBLS菌株的革蘭氏染色（N. Pareek 和 SL Daniel，未發(fā)表的數(shù)據(jù)；×1,000 放大倍數(shù)）具有典型的不同形態(tài)和大小。

圖 4

基于從美國國家生物技術(shù)信息中心 (NCBI) 獲得的 16S rRNA 序列，對產(chǎn)草酸桿菌 I 組和 II 組菌株以及 Herbaspirillum seropedicae 菌株 Z67（外群和 Betaproteobacteria 類的成員）進(jìn)行系統(tǒng)發(fā)育分析。GenBank 登錄號與菌株名稱一起顯示。進(jìn)化歷史和距離分別使用鄰接法（103）和最大復(fù)合似然法（104）計(jì)算。以 1,000 次重復(fù)的百分比表示的引導(dǎo)值顯示在樹中的每個(gè)內(nèi)部節(jié)點(diǎn)旁邊 ( 105）。比例尺代表每個(gè)堿基的替換數(shù)量的估計(jì)值。進(jìn)化分析在分子進(jìn)化遺傳學(xué)分析（MEGA）（106）中進(jìn)行。

在厭氧條件下，在 pH 6 和 7 之間以及在含有礦物質(zhì)、草酸鹽、乙酸鹽和少量酵母提取物的 CO 2 -碳酸氫鹽緩沖的不確定培養(yǎng)基中， O. formigenes在培養(yǎng)中的最佳生長發(fā)生。表 2）。酵母提取物雖然不是必需的，但似乎確實(shí)可以改善某些產(chǎn)霉菌株的生長，尤其是在最初從腸道分離時(shí)。然而，無論是否存在酵母提取物，都會(huì)添加低濃度（0.5 至 2 mM）的乙酸鹽，因?yàn)?/span>O. formigenes會(huì)從乙酸鹽和二氧化碳中同化少量碳，用于合成細(xì)胞生物質(zhì)(圖 5）。單獨(dú)的醋酸鹽不支持這種有機(jī)體的生長；事實(shí)上，迄今為止測試的 60 多種不同的化合物中沒有一種被發(fā)現(xiàn)對O的生長有促進(jìn)作用。甲醛（11、18、19）。_ _ _ 即使是富集的復(fù)合培養(yǎng)基（例如，厭氧蛋白胨酵母葡萄糖或腦心浸液）也不能支持產(chǎn)霉菌的生長，因此經(jīng)常接種以幫助確定產(chǎn)霉菌培養(yǎng)物的純度 ( 18 )。

圖 5產(chǎn)酸草酸桿菌草酸鹽代謝示意圖。

表 2

用于富集和常規(guī)培養(yǎng)產(chǎn)氧草酸桿菌的厭氧草酸鹽肉湯

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a按上述順序?qū)⒔M分加入錐形瓶中；如果需要確定的培養(yǎng)基，酵母提取物可以省略。為安全起見，燒瓶的體積應(yīng)為所制備培養(yǎng)基體積的兩倍?？傮w積大于 1 升，以考慮沸騰過程中損失的水。

b將 pH 值調(diào)至 7，加入碳酸氫鈉（每升 7.5 克），在加熱板上將培養(yǎng)基煮沸，同時(shí)通入 CO 2。在培養(yǎng)基中的刃天青（O/R 指示劑）從藍(lán)色變?yōu)榉奂t色（沸騰約 5 到 10 分鐘）后，使用高壓滅菌手套小心地將燒瓶從熱源中取出，繼續(xù)用 CO 2起泡，然后將培養(yǎng)基冷卻至室溫冰浴。加入還原劑半胱氨酸·HCl·H 2 O（0.5 g/L），混合并用CO 2沖洗頂部空間，直到培養(yǎng)基被還原（無色）。將 10 毫升等分試樣分裝到培養(yǎng)管（18 x 150 毫米；2048 系列 [Bellco 玻璃]；約 27.2 毫升帶塞體積）中，用溫和的 CO 2流沖洗。用 CO 2沖洗頂空5 秒，然后用灰色丁基橡膠塞塞住并用鋁壓接密封圈密封。當(dāng)管被密封時(shí)，充氣套管應(yīng)放置在下一個(gè)空管中，以便在添加培養(yǎng)基之前進(jìn)行沖洗。逐管重復(fù)處理，直到分配完整個(gè)培養(yǎng)基。在 121°C 高壓滅菌 15 分鐘并快速排氣。高壓滅菌后，培養(yǎng)基的 pH 值為 6.6 至 6.8。

c礦物溶液含有（克/升）：KCl，20；NH 4 Cl, 10; KH 2 PO 4 , 10; 和 MgSO 4 ·7H 2 O, 1 （一次溶解一個(gè)并在 4°C 下儲存溶液）。

d微量金屬溶液含有（克/升）：次氮基三乙酸三鈉，1.500；MnSO 4 ·H 2 O，0.500；FeSO 4 ·7H 2 O，0.100；CO(NO 3 ) 2 ·6H 2 O, 0.100; ZnCl 2 , 0.100; NiCl 2 ·6H 2 O，0.050；H 2 SeO 3, 0.050; CuSO 4 ·5H 2 O, 0.010; AlK(SO 4 ) 2 ·12H 2 O, 0.010; H 3 BO 3 , 0.010; Na 2 MoO 4 ·2H 20.010；Na 2 WO 4 ·2H 2 O，0.010（一次溶解1個(gè)，4℃保存溶液）。

O. formigenes的標(biāo)志性特征之一是它對草酸鹽的絕對需求，既是產(chǎn)生能量的底物，也是生長的主要碳源。圖 5) ( 20 , – 22 )。鑒于草酸鹽的高度氧化狀態(tài)，能量產(chǎn)量很低，但足以支持生長。草酸鹽代謝的產(chǎn)物是二氧化碳和甲酸鹽，每 mol 草酸鹽代謝產(chǎn)生大約 1 mol。能量守恒的中心是通過草酸（輸入）和甲酸（輸出）在細(xì)胞膜上的電交換產(chǎn)生質(zhì)子動(dòng)力，以及當(dāng)草酸的 CoA-酯被消耗時(shí)細(xì)胞內(nèi)質(zhì)子的消耗。被草酰輔酶A脫羧酶脫羧 ( 23 , 24 )。質(zhì)子消耗最終導(dǎo)致外部環(huán)境堿化。

大多數(shù)（如果不是全部）中列出的菌株表格1使用 Hungate ( 25 , – 27 ) 和培養(yǎng)基 (表 2) 由 Dawson 和其他人在 1980 年代從綿羊瘤胃中分離出O. formigenes菌株 OxB 后開發(fā)的 ( 10 )。一種這樣的新方法是使用含有草酸鈣的厭氧卷管，其中可以根據(jù)菌落周圍透明區(qū)域的形成來檢測厭氧草酸降解細(xì)菌（例如，甲醛）的菌落。圖 6; 看表3用于制備厭氧草酸鈣卷管和板）。多年來，這種方法已成功用于從腸道和環(huán)境樣品中分離（有或沒有預(yù)先富集）、計(jì)數(shù)和表征O. formigenes菌株（16、28）。

圖 6

在厭氧卷管（A 和 B）和含有草酸鈣的厭氧板（C）中孵育后，產(chǎn)酸草酸桿菌在菌落周圍形成透明區(qū)域?？?/span>表3用于在管和板中制備厭氧草酸鈣瓊脂。

表3厭氧草酸鈣瓊脂計(jì)數(shù)和分離甲酸草酸桿菌

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a按指示順序?qū)⑸鲜鏊薪M分加入帶攪拌棒的 2 升錐形燒瓶中；為安全起見，燒瓶體積應(yīng)為所制備培養(yǎng)基體積的兩倍。

b厭氧卷管 (圖 6)：攪拌混合并在加熱板上將培養(yǎng)基煮沸，同時(shí)用 CO 2起泡。繼續(xù)煮沸培養(yǎng)基，直到瓊脂融化。一旦瓊脂融化，繼續(xù)用 CO 2使培養(yǎng)基起泡，并使用高壓滅菌手套小心地將燒瓶從熱源中取出，將燒瓶轉(zhuǎn)移到裝有熱水 (~50°C) 的絕緣桶中。熱水桶應(yīng)放在一個(gè)小的攪拌板上，以便在分配時(shí)可以攪拌介質(zhì)。重要的是在分配時(shí)保持草酸鈣懸浮。攪拌并繼續(xù)向培養(yǎng)基中加入 CO 2并讓培養(yǎng)基冷卻約 5 分鐘。將 7 ml 分配到 18 × 150-mm 卷邊封口培養(yǎng)管中，該培養(yǎng)管正按照中所述的程序用 CO 2沖洗表 2. 在 121°C 高壓滅菌 15 分鐘并快速排氣。高壓滅菌后，培養(yǎng)基的 pH 值為 6.6 至 6.8。如果當(dāng)天使用培養(yǎng)基，請將試管置于水浴 (~48°C) 中進(jìn)行回火。回火后，通過無菌針頭和注射器將樣品（接種物）添加到試管中；接種后，通過顛倒試管數(shù)次將接種物輕輕混合到培養(yǎng)基中，然后將試管側(cè)放在冰上（裝在不加水的冰桶中），快速旋轉(zhuǎn)試管，使瓊脂在試管內(nèi)壁上凝固。如果當(dāng)天沒有使用瓊脂培養(yǎng)基，請將培養(yǎng)基儲存在室溫下，并在需要時(shí)重新加熱以融化瓊脂。將接種過的試管放入培養(yǎng)箱后，冷凝水（水）將在試管底部積聚。保持接種卷管直立，以防止底部的水污染菌落。

c厭氧板 (圖 6)：使用與上述相同的組件，但有以下修改：在 1 升燒瓶中制備 500 ml 培養(yǎng)基；制備中省略了碳酸氫鈉和CO 2 ；高壓滅菌前將培養(yǎng)基pH調(diào)至6.6~6.8；高壓滅菌后，將緩和的瓊脂培養(yǎng)基（~20 ml；如果平板含有薄薄的瓊脂培養(yǎng)基，則更容易檢測透明區(qū)域）將其倒入實(shí)驗(yàn)室工作臺上的無菌培養(yǎng)皿中，待瓊脂凝固后，將平板轉(zhuǎn)移到厭氧培養(yǎng)皿中室（90% N 2 /5% CO 2 /5% H 2）并在使用（例如，劃線）和在室中溫育之前允許脫氣過夜。

這種細(xì)菌的獨(dú)特特征可能因菌株而異，可能會(huì)影響其配制成益生菌制劑的能力。最近的一項(xiàng)研究檢查了與益生菌菌株生產(chǎn)相關(guān)的一些常見過程和條件，強(qiáng)調(diào)了 I O. formigenes菌株 OxCC13 對酸奶中凍干和儲存的適應(yīng)能力 ( 29 )。也許人類可能能夠以凍干形式或混合在酸奶中的有利菌株定植。

O. FORMIGENES 的基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)和代謝組學(xué)

O. formigenes的基因組 ( 13 , 30 , – 32 ) 和蛋白質(zhì)組 ( 33 ) 的可用性為增加我們對這種有益腸道細(xì)菌的重要生物學(xué)特性的理解提供了機(jī)會(huì)，包括識別重要的蛋白質(zhì)和促進(jìn)宿主來源的草酸鹽的定植彈性、耐氣性和腸道分泌。對兩種O. formigenes菌株的基因組序列的回顧發(fā)現(xiàn)了一些有趣的差異，這可能表明 I 組和 II 組菌株利用不同的途徑在腸道內(nèi)生存和繁衍 ( 13 )。

O. formigenes基因組的一般特征顯示在表 4. 目前，只有 4 個(gè)培養(yǎng)的O. formigenes菌株（I 組菌株 HC-1 和 OxCC13、推定的 I 組菌株 SYGSS-15 和 II 組菌株 HOxBLS）具有公開可用的測序基因組（13、30、- 32 )。相比之下，來自常駐腸道厭氧菌普通擬桿菌（Bacteroides vulgatus ）和胃病原體幽門螺桿菌的培養(yǎng)菌株的測序基因組分別超過 50 和 500 個(gè)。盡管數(shù)據(jù)集有限，但很明顯，O. formigenes HC-1 和 HOxBLS 的基因組（表 4)，以及針對 OxCC13 ( 31 ) 和 SYGSS-15 ( 30 ) 報(bào)告的那些都很小，大小約為 2.5 Mb。相比之下，Escherichia coli Nissle 1917 是一種經(jīng)過充分研究的革蘭氏陰性腸道益生菌（商品名為 Mutaflor），其基因組約為 5.4 Mb ( 34 , 35 )。原核基因組大小范圍從 0.5 到遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過 10 Mb，表明O. formigenes基因組更接近基因組大小尺度的較低（較?。┒?。高等人。最近報(bào)道，與原核生物基因組相關(guān)的 CRISPR 系統(tǒng)和病毒（噬菌體）的組合似乎阻礙了基因組的擴(kuò)展，因此隨著時(shí)間的推移會(huì)導(dǎo)致基因組的大小變得更?。?/span>36）。鑒于 CRISPR 計(jì)數(shù)和在該生物體基因組中觀察到的大量噬菌體編碼元件，這些可能是O. formigenes基因組較小的一些驅(qū)動(dòng)力。表 4）。

表 4產(chǎn)酸草酸桿菌菌株的基因組特征a

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a來自聯(lián)合基因組研究所 (JGI)/綜合微生物基因組和微生物組 (IMG/M) ( 107 )、國家生物技術(shù)信息中心 (NCBI) 網(wǎng)站和 PHASTER ( 116 ) 網(wǎng)站的數(shù)據(jù)和資源用于編制本數(shù)據(jù)集。納入Escherichia coli Nissle 1917 用于比較目的 ( 34 )。

b組名稱來自 Jensen 和 Allison ( 15 )。

c ORF，開放閱讀框。該值表示在噬菌體和細(xì)菌蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫中匹配的蛋白質(zhì)數(shù)量，這些區(qū)域被 PHASTER 完整程度評分標(biāo)準(zhǔn)評分為“完整”。歐。甲醛HC-1, O . formigenes HOxBLS 和E.coli Nissle 1917 分別包含 3 個(gè)（共 3 個(gè)）、3 個(gè)（共 4 個(gè)）和 1 個(gè)（共 5 個(gè)）完整的原噬菌體區(qū)域。括號中的值包括在噬菌體和細(xì)菌蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫中的所有前噬菌體區(qū)域中的匹配，這些區(qū)域被評分為完整、不完整和有問題。

O. formigenes基因組的其他特征在圖 7. 基因譜（例如，Pfam、COG、KEGG Orthology、TIGRfam、酶、KEGG 途徑、MetaCyc 途徑、跨膜蛋白、信號肽蛋白和 IMG 途徑）在O. formigenes菌株 HC-1 和 HOxBLS 之間非常相似。一些值得注意的例外是 HOxBLS（II 組菌株）屬于具有功能預(yù)測的蛋白質(zhì)編碼基因類別，其中基因數(shù)量 (%) 減少，或?qū)儆谏锖铣纱刂械牡鞍踪|(zhì)編碼基因類別，其中基因完全缺席的。后者繼續(xù)建立在第二組菌株相對于體外生長的穩(wěn)健性下降的潛在原因之上。有趣的是，在融合蛋白編碼基因的類別中，O. formigenesHC-1 和 HOxBLS 基因數(shù) (%) 實(shí)際上高于E. coli Nissle 1917 (3.9%) (分別為 7.7 和 10.2%) (圖 7）?；蛉诤希ㄒ卜Q為“復(fù)合基因”）是在生物體（包括原核生物）中產(chǎn)生新基因的機(jī)制之一，其中平均含有 14.5% 的復(fù)合基因（37、38）?；蛉诤弦约?CRISPR 系統(tǒng)和噬菌體編碼元件如何共同幫助塑造基因組，從而塑造O的進(jìn)化史。formigenes，有待闡明。

圖 7

產(chǎn)酸草酸桿菌菌株的基因組特征和組成。來自聯(lián)合基因組研究所 (JGI)/綜合微生物基因組 (IMG) ( 107 ) 和國家生物技術(shù)信息中心 (NCBI) 網(wǎng)站的數(shù)據(jù)和資源被用于準(zhǔn)備該數(shù)據(jù)集。納入大腸桿菌Nissle 1917 ( 34 ) 是為了進(jìn)行比較。

直系同源基因簇 (COG) 是一種多功能工具，多年來一直用于對來自細(xì)菌和古生菌的測序基因組進(jìn)行注釋和比較分析( 39 , 40 )。COG 由直系同源蛋白質(zhì)編碼基因家族組成，可以分配到 26 個(gè)功能類別中的一個(gè)或多個(gè)。這允許對生物體的新陳代謝、細(xì)胞加工和信號傳導(dǎo)、信息存儲和加工以及特征不佳的蛋白質(zhì)進(jìn)行詳細(xì)比較。在O. formigenes之間可以看到基因分布的微小差異（0.5 至 1.0%）以下 COG 功能類別中的 HC-1 和 HOxBLS：J、翻譯、核糖體結(jié)構(gòu)和生物發(fā)生；P，無機(jī)離子轉(zhuǎn)運(yùn)和代謝；l、復(fù)制、重組、修復(fù)；C、能源生產(chǎn)與轉(zhuǎn)化；X，移動(dòng)組：前噬菌體，轉(zhuǎn)座子（圖 8）。菌株之間差異的一個(gè)例子是，118 個(gè) COG 在 I 組菌株 HC-1 和 OxCC13 之間共享，而這些相同的 118 個(gè) COG 在 II 組菌株 HOxBLS 中不存在。同樣，HOxBLS 有 70 個(gè) COG。在O. formigenes菌株和大腸桿菌Nissle 1917之間分配到 COG 類別的基因中可以看到更大的差異（1% 到 3%），其中最大的差異在“碳水化合物轉(zhuǎn)運(yùn)和代謝”類別（G 類）中。在E. coli Nissle 1917 中，約 11% 的帶有 COG 的蛋白質(zhì)編碼基因與此功能類別相關(guān)，而在O. formigenes菌株中這一比例為 4%。圖 8）。鑒于O. formigenes作為草酸鹽代謝專家的性質(zhì)，這似乎是合理的，它無法利用其他底物（包括碳水化合物）作為能量來源。

圖 8

Oxalobacter formigenes HCI-1、Oxalobacter formigenes HOxBLS 和Escherichia coli Nissle 1917的直系同源基因簇 (COG) 類別中基因的分布和豐度。出于比較目的，包括了Escherichia coli Nissle 1917 ( 34 )。來自聯(lián)合基因組研究所 (JGI)/綜合微生物基因組 (IMG) 網(wǎng)站 ( 107 ) 的數(shù)據(jù)和資源用于準(zhǔn)備該數(shù)據(jù)集。對于O. formigenes HC-1、O. formigenes HOxBLS 和E. coli Nissle 1917，分別有 746、737 和 1291 個(gè)基因不在 COG 中。

基于質(zhì)譜的鳥槍法蛋白質(zhì)組學(xué)鑒定了 I O. formigenes菌株 OxCC13 ( 33 ) 中 1,867 個(gè)獨(dú)特蛋白質(zhì)編碼基因中的 1,822 種蛋白質(zhì)。從所提供的蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)集中，很明顯這種生物體包含一系列代謝途徑，這些途徑通過營養(yǎng)變化和環(huán)境壓力介導(dǎo)適應(yīng)。例如，蛋白質(zhì)組學(xué)分析顯示超氧化物歧化酶在靜止期相對于對數(shù)期增加，表明O. formigenes具有在大腸厭氧環(huán)境之外持續(xù)存在的能力。

最近的研究集中在O. formigenes是否在其代謝組中表達(dá)在其他草酸鹽降解細(xì)菌中是獨(dú)特的和/或無法檢測到的特征 ( 41 , 42 )。這些有趣的研究揭示了與嗜酸乳桿菌、格氏乳桿菌和動(dòng)物雙歧桿菌的裂解物制備相比， O. formigenes HC-1 菌株的裂解物制備物中的一組 12 個(gè)獨(dú)特特征( 41 )。關(guān)于O. formigenes代謝組和脂質(zhì)組的差異在 HC-1 和 OxWR 菌株中，個(gè)體代謝產(chǎn)物的相對表達(dá)存在顯著和顯著差異，盡管發(fā)現(xiàn)兩個(gè)菌株之間的代謝組和脂質(zhì)組在很大程度上是保守的 ( 42 )。未來的研究需要“擴(kuò)展草酸桿菌屬的已定義代謝組和脂質(zhì)組”。( 42 )。例如，此類研究可能會(huì)導(dǎo)致識別可以增強(qiáng)腸道草酸鹽分泌和定植恢復(fù)能力的特定分子。

人體腸道中草酸桿菌形成基因的生態(tài)學(xué)

幾項(xiàng)研究已經(jīng)調(diào)查了人類中O. formigenes定植的流行率和豐度。然而，缺乏用于檢測O. formigenes的標(biāo)準(zhǔn)化方法（基于培養(yǎng)與分子）以及生物體的低豐度使得對定植的準(zhǔn)確評估具有挑戰(zhàn)性。O. formigenes定植頻率因不同人群而異。在印度北部進(jìn)行的一項(xiàng)研究表明，65% 的健康成年人存在O. formigenes定植 ( 43 )。在韓國首爾對健康成年人進(jìn)行的一項(xiàng)研究表明，79% 的人（233 人中有 197 人）存在oxc基因（O. formigenes的標(biāo)記）（44）。在健康的日本參與者中，54 名男性中的 80% 和 34 名女性中的 62% 顯示出O. formigenes定植( 45 )。在對美國健康成年人進(jìn)行的兩項(xiàng)大型隊(duì)列研究中，約 30% 的人被O. formigenes定殖（46、47）。這大大低于其他國家。佩貝尼托等人。研究了 3 個(gè)不同人群的 O. formigenes定殖，發(fā)現(xiàn)與坦桑尼亞的 Hadza 人或委內(nèi)瑞拉的美洲印第安人相比，美國隊(duì)列中的O. formigenes定殖要低得多 ( 48 )?？巳R門特等人。研究了O. formigenes在與西方醫(yī)學(xué)或文化沒有接觸的 Yanomami 村的成員中定植，并且與美國相比，也發(fā)現(xiàn)了高得多的O. formigenes定植流行率 ( 49 )。克萊門特等人。進(jìn)一步分層抗生素使用，發(fā)現(xiàn)西方化顯著影響O. formigenes定植與抗生素暴露無關(guān)。這些數(shù)據(jù)表明，我們的現(xiàn)代生活方式導(dǎo)致有益微生物群的消失 ( 50 )。事實(shí)上，在糞便樣本中，O. formigenes檢測到，腸道微生物群更加多樣化，全球微生物網(wǎng)絡(luò)顯示出更多的連接性和對模擬干擾的彈性。這表明O. formigenes的流行和豐度是腸道微生物組生態(tài)狀態(tài)的一個(gè)指標(biāo) ( 51 )。

對來自人類微生物組計(jì)劃 (HMP) 和美國腸道計(jì)劃 (AGP) 的測序數(shù)據(jù)（全鳥槍法測序和 16S rRNA）的分析表明，不止一種O. formigenes菌株可能在人類腸道中定殖，其中 I 組菌株更為普遍比第二組 ( 46 , 51 )。這兩項(xiàng)分析還表明，O. formigenes的相對豐度變化 3 個(gè)對數(shù)，平均值為 2.9 × 10 4，這突出表明，當(dāng)使用包括 PCR 在內(nèi)的分子方法時(shí)，糞便中的O. formigenes數(shù)量有時(shí)可能達(dá)到或低于檢測限.

影響消化道草酸桿菌定植的因素

“直到他們開始在環(huán)境中四處爬行”（52）時(shí)，兒童才會(huì)被O. formigenes定殖。嚙齒動(dòng)物的對照研究也證實(shí)了O. formigenes水平傳播 ( 53 , – 55 )。Cornelius 和 Peck 在大鼠中進(jìn)行了一項(xiàng)非常精巧的研究，表明所有后代在斷奶后 7 天才發(fā)生定殖，重要的是，定殖來自養(yǎng)母，而不是生母，在斷奶的仔豬從定殖的生母轉(zhuǎn)變?yōu)榧酿B(yǎng)母親各自攜帶不同的O. formigenes菌株（53）。在我們的實(shí)驗(yàn)室中，我們還在成年常規(guī)小鼠和無菌小鼠中解決了這個(gè)問題。當(dāng)相同數(shù)量的常規(guī)O. formigenes菌株OxCC13 定殖小鼠和非定殖小鼠共同飼養(yǎng)時(shí)，非定殖小鼠會(huì)被 O.formigenes 定殖，從而確認(rèn)水平傳播。將單個(gè)O. formigenes菌株 OxCC13 單定殖的無菌小鼠引入由四只非定殖的無菌小鼠組成的籠子中，也會(huì)導(dǎo)致所有無菌小鼠都被O. formigenes定殖（55）。

我們對O. formigenes知識的主要差距之一是缺乏有關(guān)影響O. formigenes定植的因素的信息。在人類 ( 56 )、小鼠 ( 57 ) 和大鼠 ( 58 ) 中進(jìn)行的受控飲食研究表明，飲食中的草酸鹽和鈣對O. formigenes數(shù)量具有深遠(yuǎn)影響。還有證據(jù)表明大鼠的腔內(nèi)脂肪含量 ( 59 ) 會(huì)抑制O. formigenes減少尿中草酸鹽排泄的能力；然而，尚不清楚這是否是人類的一個(gè)促成因素。姜和同事確定了O. formigenes健康人類受試者糞便中的細(xì)菌數(shù)量，發(fā)現(xiàn)糞便細(xì)菌數(shù)量增加了 12 倍，因?yàn)轱嬍持械牟菟猁}增加了 15 倍。圖 9) ( 56 )。值得注意的是，膳食鈣攝入量增加 5 倍，由于鈣對草酸鹽的高親和力，這將限制草酸鹽的生物利用度，使糞便中的產(chǎn)氣霉數(shù)量減少約 5 倍。對草酸鹽的依賴性以及膳食鈣和甲醛氧量之間的反比關(guān)系可能導(dǎo)致腎結(jié)石形成者的定植喪失，因?yàn)楣膭?lì)這些患者保持足夠的鈣和低草酸鹽攝入量。這種潛在的動(dòng)態(tài)值得進(jìn)一步調(diào)查。

圖 9

相對于膳食草酸鹽（紅色三角形）或膳食鈣（黑色方塊）的變化，人類受試者糞便中的O. formigenes的量。不同草酸鹽飲食階段的每日鈣攝入量為 1,000 毫克，而不同鈣飲食階段的每日草酸鹽攝入量為 250 毫克。實(shí)時(shí)定量 PCR (qPCR) 用于定量O. formigenes數(shù)量，并使用 5.5 × 10 4 CFU/ng DNA 將 qPCR 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為每 g 糞便中的O. formigenes數(shù)量 ( 108 )。誤差線代表 SEM。（經(jīng) Wolters Kluwer Health 許可，改編自參考文獻(xiàn)56。 ）

兩項(xiàng)針對人類的大型隊(duì)列研究調(diào)查了O. formigenes與宿主的關(guān)系。Kelly 及其同事對 94 名O. formigenes定植受試者和 146 名非定植健康個(gè)體的分析未顯示性別、種族、教育、美國居住地區(qū)、體重指數(shù)、尿路感染史、腎結(jié)石家族史的任何影響, 和利尿劑對O. formigenes定植頻率的使用 ( 47 )。在對 AGP 數(shù)據(jù)庫中 4,900 多個(gè)樣本的多元分析中，O. formigenes的相對豐度與年齡增加、女性、高加索種族、非美國居住地、正常 BMI、更高的教育程度以及一年內(nèi)未接觸抗生素有關(guān) ( 51 )。有趣的是，在完成食物頻率問卷的 197 名受試者中，O. formigenes相對豐度與膳食草酸鹽攝入量無顯著相關(guān)性，但與膳食鈣攝入量和膳食草酸鹽與膳食鈣攝入量的摩爾比呈負(fù)相關(guān)（51）。在這方面，包括印度、中國、韓國和日本在內(nèi)的一些東方國家的膳食鈣攝入量遠(yuǎn)低于美國。( 60）。鑒于這些研究的各種結(jié)果，需要進(jìn)一步調(diào)查文化、人口統(tǒng)計(jì)、潛在的醫(yī)療條件、西藥的可及性和飲食如何影響不同人群中的福爾米金斯菌的頻率。

年輕時(shí)口服抗生素和抗生素暴露與人類結(jié)石形成風(fēng)險(xiǎn)增加有關(guān) ( 61 , – 63 ) 和O. formigenes定植率降低 ( 47 )。人類的O. formigenes菌株對常見的抗生素敏感 ( 64 )。西杜等人。表明在囊性纖維化患者中O. formigenes定植的頻率較低是由于廣泛使用抗生素（65）。西杜等人。還報(bào)道了與抗生素治療和草酸鈣結(jié)石形成中缺乏O. formigenes定植的明顯關(guān)聯(lián)（ 66）。西納等人。評估了用抗生素治療復(fù)發(fā)性尿路感染 (UTI) 的女性草酸鈣結(jié)石形成者中的O. formigenes定植和尿草酸鹽排泄的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)與沒有復(fù)發(fā)性尿路感染的女性相比，該隊(duì)列中的尿草酸鹽排泄顯著更高 ( 67 )。Kharlamb 等人也觀察到了同樣的關(guān)聯(lián)。當(dāng)觀察接受三聯(lián)抗生素治療幽門螺桿菌感染的個(gè)體時(shí) ( 68 )。有人提出，在使用抗生素后，草酸鹽降解細(xì)菌（如O. formigenes ）的損失會(huì)因尿中草酸鹽排泄增加而導(dǎo)致腎結(jié)石風(fēng)險(xiǎn)增加（65）。

O. formigenes定殖是否受到其他微生物的影響尚不清楚，并且僅在一項(xiàng)利用O. formigenes定殖小鼠模型的研究中得到解決（55）。這項(xiàng)研究表明，將確定的 7 種非草酸鹽降解細(xì)菌（改變的 Schaedler 菌群）混合物引入單定殖O. formigenes菌株 OxCC13 的小鼠中，對O. formigenes腸道數(shù)量或O. formigenes的能力沒有影響。降解腸道草酸鹽。未來對 gnotobiotic 小鼠的研究應(yīng)解決其他草酸鹽降解劑對腸道O. formigenes的影響數(shù)字和草酸鹽穩(wěn)態(tài)。未來的研究還可以考慮使用腸道恒化器模型 ( 69 )，因?yàn)檫@些體外方法可以直接評估無宿主環(huán)境中微生物群落的動(dòng)態(tài)。事實(shí)上，它是一種產(chǎn)甲烷、草酸鹽降解的富集培養(yǎng)物，在羊瘤胃內(nèi)容物的恒化器中建立，產(chǎn)生了第一個(gè)厭氧草酸鹽降解細(xì)菌O. formigenes菌株 OxB ( 10 , 19 , 70 )。

在我們自己的研究過程中，我們觀察到除了定植的持續(xù)時(shí)間之外，還有其他未知因素會(huì)影響小鼠中的蟻生菌定植。例如，我們之前報(bào)道過 AGT（一種羊毛氨酸乙醛酸氨基轉(zhuǎn)移酶）敲除小鼠可以被O. formigenes菌株OxWR定殖，但在大約 2 周后開始迅速失去定殖，到 7 周時(shí)，所有 AGT 敲除小鼠都有失去殖民化（71）。最近，我們還報(bào)道了在腺瘤（DRA；Slc26a3）敲除小鼠中下調(diào)的小鼠很容易被O. formigenes定殖菌株 OxWR，但以與 AGT 敲除模型類似的方式失去定殖 ( 72 )。有趣的是，DRA/AGT 的雙重敲除對O. formigenes菌株 OxWR 定殖具有抗性 ( 72 )。還值得注意的是，所有 C57BL/6 對照組均經(jīng)口灌胃O. formigenes菌株 OxWR、 OxCC13或 HC-1 在常規(guī)食物中維持?jǐn)?shù)月的定殖 ( 54、57 ) 。在 C57BL/6 對照小鼠中進(jìn)行的一項(xiàng)研究還表明，O. formigenes菌株 OxCC13 的定植對短期飲食草酸鹽剝奪具有抗性（57）。據(jù)推測，一些小鼠品系和可能一些人類的腔內(nèi)環(huán)境不接受，或者只是暫時(shí)接受，O. formigenes定植。檢查宿主物種之間腸道草酸分泌、腸道化學(xué)成分和腸道微生物組的差異可能會(huì)進(jìn)一步闡明影響O. formigenes定植的因素。

O. FORMIGENES 對腸道草酸鹽降解、尿中草酸鹽排泄和草酸鈣結(jié)石病風(fēng)險(xiǎn)的影響

自 1980 年發(fā)現(xiàn)以來，O. formigenes作為治療草酸鈣腎結(jié)石患者的潛力一直在考慮之中。尿草酸排泄增加是此類結(jié)石形成的公認(rèn)風(fēng)險(xiǎn)因素 ( 73 )。高膳食草酸鹽吸收導(dǎo)致增加草酸鹽輸送到腎臟，從而增加草酸鈣腎結(jié)石形成的風(fēng)險(xiǎn)。由于哺乳動(dòng)物身體天生不具備能夠代謝草酸鹽的酶，因此可降解草酸鹽的腸道微生物群可能會(huì)影響尿中草酸鹽的排泄。對少量人類受試者的早期病例對照研究表明，O. formigenes定植可能對結(jié)石病具有保護(hù)作用，因?yàn)榕c未定殖的個(gè)體相比，定殖的O. formigenes中尿草酸鹽排泄的測量值較低 ( 62 , 74 , 75 )。然而，在尿液收集過程中，草酸鹽排泄量存在很大差異，并且缺乏對飲食草酸鹽和鈣的控制。另一項(xiàng)研究表明，與食用標(biāo)準(zhǔn)化飲食的O. formigenes陰性患者相比，O . formigenes定植腎結(jié)石患者的 24 小時(shí)尿草酸排泄和血漿草酸鹽顯著降低( 76 )。還發(fā)現(xiàn)定植與結(jié)石發(fā)作次數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)（76）。1995 年，韓等人。是第一個(gè)顯示O. formigenes定殖和結(jié)石形成之間的反比關(guān)系( 77 )。考夫曼等人。后來在更大的患者隊(duì)列中表明，O. formigenes定植與復(fù)發(fā)性腎結(jié)石形成的風(fēng)險(xiǎn)降低 70% 相關(guān)（78）。這種反比關(guān)系已在隨后的許多研究中得到證實(shí)（62、75、76、79、80）。盡管大量的研究表明O. formigenes定植與結(jié)石病之間存在反比關(guān)系，但 O. formigenes的定植僅在 55% 的研究中顯示 24 小時(shí)尿草酸鹽排泄量較低，這表明其他因素可能是促成因素 ( 81 )。姜及其同事的對照飲食研究可能部分解釋了這些結(jié)果，他們表明，只有在攝入草酸含量適中的飲食時(shí)，與未定植的個(gè)體相比，自然定植于甲醛的健康個(gè)體（人類）在24小時(shí)尿中排出的草酸鹽更少鈣含量低（圖 10) ( 56 )。

圖 10

（A 和 B）健康受試者在草酸鹽（A）和鈣（B）不同的營養(yǎng)控制飲食中未定植（黑色方塊）和定殖O.formigenes （紅色三角形）的 24 小時(shí)尿草酸鹽排泄。在不同草酸鹽的飲食中，每日鈣攝入量為 1,000 毫克，在不同鈣的飲食中，每日草酸鹽攝入量為 250 毫克。在 250 mg 草酸鹽/400 mg 鈣飲食中，被O. formigenes定殖的個(gè)體比未定殖的個(gè)體排出的尿草酸鹽明顯更少；用*表示，P = 0.026。誤差線代表 SD。（經(jīng) Wolters Kluwer Health 許可，改編自參考文獻(xiàn)56。 ）

雖然還有其他腸道微生物可以降解草酸鹽（“通才”），包括一些雙歧桿菌和乳酸桿菌菌株（82），但對小鼠的研究表明，相比之下，在減少尿草酸鹽排泄方面， O. formigenes更為優(yōu)越。例如，雖然O. formigenes HC-1 菌株定植導(dǎo)致常規(guī) (C57BL/6) 小鼠 ( 71 )的尿草酸排泄減少 90% ，但動(dòng)物雙歧桿菌定植導(dǎo)致減少 44% ( 83 )。類似地，在小鼠定植后，尿草酸濃度分別降低了 34% 和 32%。分別為嗜酸乳桿菌和格氏乳桿菌( 54 )。O. formigenes定植對尿草酸排泄的這種優(yōu)越效果可能是由于誘導(dǎo)腸草酸排泄和高效管腔草酸降解的雙重作用。

過去十年的先進(jìn)“組學(xué)”研究允許對健康個(gè)體和腎結(jié)石形成者的腸道微生物組進(jìn)行更深入的檢查 ( 81 , 84 , – 91 )，并證明 (i) O. formigenes在導(dǎo)致胃腸道飲食草酸鹽降解的多物種細(xì)菌網(wǎng)絡(luò)的中心，以及（ii）來自結(jié)石形成者的糞便樣本中參與草酸鹽降解的基因的細(xì)菌代表性顯著降低，這可能導(dǎo)致該隊(duì)列中尿草酸鹽增加。在人類微生物群的多組學(xué)數(shù)據(jù)（來自 >1,000 名受試者的 >3,000 個(gè)樣本）分析中，Nazzal 等人。( 84) 表明，在能夠降解草酸鹽的多種細(xì)菌中，O. formigenes在健康成人中在轉(zhuǎn)錄上占主導(dǎo)地位。此外，他們證明炎癥性腸病 (IBD) 患者的腸道草酸鹽水平升高，草酸鹽降解基因的轉(zhuǎn)錄水平較低。有趣的是，他們的數(shù)據(jù)表明，沒有O. formigenes定殖或低于檢測水平的定殖是草酸鹽降解功能降低的原因。

對健康的非腎結(jié)石形成個(gè)體的人類糞便中的O. formigenes進(jìn)行計(jì)數(shù)表明， O. formigenes僅占整個(gè)腸道微生物群的一小部分 ( 56 )。許多這樣的低豐度細(xì)菌被認(rèn)為通過占據(jù)特定的營養(yǎng)壁龕而在腸道中存活，在這些壁龕中，它們的食物來源的競爭是有限的（92）。事實(shí)上，體外培養(yǎng)研究 ( 93 ) 和人體研究 ( 56 ) 都表明，O. formigenes比其他腸道細(xì)菌更有效地利用草酸鹽。蔣及其同事（56) 還表明，在草酸鹽攝入量低的情況下，非定植個(gè)體的微生物組的草酸鹽降解能力可以忽略不計(jì)，但隨著適應(yīng)攝入較高水平的膳食草酸鹽而增加；每日膳食草酸鹽攝入量為 250 毫克和 750 毫克，糞便中草酸鹽回收率分別為 ～80% 和 ～60%（圖 11）。

圖 11

在不同草酸鹽的營養(yǎng)控制飲食中，定殖（黑條）和未定殖健康受試者（紅條）的O. formigenes糞便草酸鹽。每日鈣攝入量為 1,000 毫克。誤差線代表 SEM。（經(jīng) Wolters Kluwer Health 許可，改編自參考文獻(xiàn)56。 ）

在嚙齒動(dòng)物中的大量報(bào)道已經(jīng)證明了腸道O. formigenes在減少尿中草酸鹽排泄方面的有益作用。最初，這被認(rèn)為僅是由于O. formigenes降解草酸鹽的飲食來源，從而限制了其吸收。然而，后來的研究表明，腸道O. formigenes具有獨(dú)特的雙重作用，即通過促進(jìn)體循環(huán)中腸道草酸的消除，與宿主腸道上皮細(xì)胞相互作用，這與腎臟排泄的顯著減少有關(guān) ( 58 , 59 , 71 , 72 , 94 )。在大鼠和小鼠中的這些觀察導(dǎo)致了以下提議：O. formigenes（菌株 OXWR 和 HC-1）可能會(huì)產(chǎn)生促分泌素，一種可能是天然蛋白質(zhì)的物質(zhì)（95），它介導(dǎo)草酸鹽跨上皮轉(zhuǎn)運(yùn)通過定植腸組織的改變（58）。此外，即使膳食草酸鹽的供應(yīng)可以忽略不計(jì)，這種將O. formigenes的必需底物（草酸鹽）從血液轉(zhuǎn)運(yùn)到腸道的機(jī)制也可能解釋了O. formigenes的存活（ 57）。

最近的一項(xiàng)體外研究表明，來自O. formigenes菌株 OxB 培養(yǎng)物的無細(xì)胞上清液可刺激人腸道 Caco-2-BBE 細(xì)胞中的草酸鹽分泌 ( 95 )；然而，這些發(fā)現(xiàn)并沒有被不同的小組復(fù)制（14），需要進(jìn)一步調(diào)查。阿文斯等人。( 95 ) 還表明直腸給藥來自O. formigenes的無細(xì)胞上清液菌株 OxB 培養(yǎng)物導(dǎo)致 PH1 小鼠模型中尿草酸鹽排泄減少；然而，仍需要利用靜脈內(nèi)施用的草酸鹽同位素直接測量腸道草酸鹽分泌，然后在腸道中進(jìn)行測量，以量化該途徑的程度。令人感興趣的是 OxThera Pharmaceuticals 在 2015 年提交的一項(xiàng)專利，該專利涵蓋了分離和施用源自O. formigenes的促分泌劑的發(fā)明，該促分泌劑可以增強(qiáng)草酸鹽分泌到腸腔中 ( 96 )。盡管該專利中描述的工作沒有確定任何令人信服的促促分泌劑候選物，但確定了由O. formigenes分泌的一種或多種生物活性因子誘導(dǎo)草酸鹽分泌可能是減少 PH1 患者草酸鹽負(fù)擔(dān)的有效療法。

非殖民化個(gè)體與O. FORMIGENES 的殖民化

之前有一項(xiàng)研究解決了定殖缺乏蟻螟的個(gè)體的能力，在該研究中，兩個(gè)未定殖蟻螟的健康成年人在攝入含有~ 10 8培養(yǎng)的活蟻螟菌株 HC的高草酸鹽膳食后被定殖-1 細(xì)胞 ( 97 )，隨后保持定殖 9 個(gè)月。盡管這項(xiàng)研究讓受試者在成功定植前食用高草酸鹽膳食，但在小鼠中進(jìn)行的一項(xiàng)研究表明，定植可能不需要用補(bǔ)充草酸鹽的飲食“啟動(dòng)”（54）。因此，未來的人類研究應(yīng)該探索在口服攝入甲醛后，是否需要富含草酸鹽的飲食才能成功定植。其他研究了攝入O. formigenes后的定植研究并沒有成功。OxThera 公司進(jìn)行的一項(xiàng)臨床試驗(yàn)，其中O. formigenes菌株 HC-1 以腸溶膠囊內(nèi)的凍干形式或作為冷凍糊劑提供給 PH1 患者，結(jié)果只有少數(shù)患者在治療后仍保持定植。98、99 ) 。_ 最近的臨床研究也沒有顯示與對照組相比尿中草酸鹽排泄量顯著減少（99，100 )。這些研究中人類定植頻率低的原因目前尚不清楚，但可能包括：（i）與提供的接種物（HC-1株）的配方或如何將接種物給予患者相關(guān)的問題；(ii) PH1 患者對不確定宿主因素定植的抵抗力；或 (iii) 這些患者中未知的腸道微生物組相關(guān)因素。然而，應(yīng)該指出的是，一項(xiàng)涉及非定植健康成年人的人體研究 ( 97 ) 表明，在攝入大量生物質(zhì)O. formigenes HC-1 (10 8活細(xì)胞），口服草酸鈉負(fù)荷（2 mmol/70 kg 體重）；攝入O. formigenes前的尿草酸排泄量為 3.0 ± 0.6 mg/h ( n = 4)，而攝入O. formigenes?為 1.9 ± 0.1 mg/h 。因此，更有彈性的O. formigenes對非定植結(jié)石形成者的定植可能是幫助降低草酸鈣結(jié)石形成者中結(jié)石風(fēng)險(xiǎn)的有效方法。

在阿拉巴馬大學(xué)伯明翰分校進(jìn)行的一項(xiàng)由健康人類志愿者參與的正在進(jìn)行的臨床試驗(yàn) ( NCT03752684 ;clinicaltrials.gov) 正在測試未定殖O. formigenes的個(gè)體是否可以用O. formigenes菌株 OxCC13的活培養(yǎng)物定殖。還在評估O. formigenes定植前后固定草酸鹽飲食中尿草酸鹽排泄的變化。該試驗(yàn)表明，健康個(gè)體在攝入單劑量的約10 10 個(gè)活培養(yǎng)的O. formigenes細(xì)胞后可以很容易地定殖，在攝入O.formigenes 6 個(gè)月后，15 名參與者中只有一個(gè)失去了定殖。

概括

關(guān)于O. formigenes如何建立和維持腸道定植仍有許多需要了解。解開這些機(jī)制對于非定植結(jié)石形成者的定植可能特別重要。有必要進(jìn)一步研究與宿主來源的草酸鹽的定植彈性和腸道分泌有關(guān)的因素。此外，鑒于用O. formigenes進(jìn)行的臨床試驗(yàn)失敗，顯然需要進(jìn)行更全面的檢查，以 (i) 將這種嚴(yán)格的厭氧菌作為純培養(yǎng)物或作為合成的草酸鹽降解微生物的成員進(jìn)行最佳遞送的最佳實(shí)踐聯(lián)合體，或作為來自O. formigenes的糞便微生物移植的一部分- 殖民捐贈(zèng)者；(ii) 腸道中草酸鹽降解菌和非草酸鹽降解菌之間的相互作用；(iii) 這些細(xì)菌如何共同影響尿中草酸排泄和結(jié)石風(fēng)險(xiǎn)