硝酸盐,作为热狗和其他肉类中的防腐剂,以及生菜和菠菜等绿色蔬菜中的天然成分,曾一度被认为是饮食的祸害,因为它可能与胃癌有关。但是生物学家现在开始认为,膳食硝酸盐实际上是人体抵抗感染的内在防御机制的一部分,并已开始测试基于这一想法的治疗方法。
硝酸盐 (NO3¿) 在 1950 年代开始受到怀疑,当时研究人员发现,它的一类衍生物,称为 N-亚硝胺,会损害 DNA 并在实验室大鼠和农场动物中引起癌症。然而,随后的许多流行病学研究普遍发现,硝酸盐摄入量与人类胃癌之间没有一致的关联。
硝酸盐积极作用的故事始于 1994 年,当时斯德哥尔摩卡罗林斯卡研究所的 Jon Lundberg 和英国埃克塞特半岛医学院的 Nigel Benjamin 独立观察到,人类胃中含有大量的一氧化氮 (NO) 气体。 Lundberg 和 Benjamin 立即怀疑这种气体可能正在杀死胃中的细菌,因为一氧化氮在被白细胞输送到微生物时会削弱它们。
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问题是气体从哪里来的。一氧化氮在体内执行多种重要功能,包括扩张血管,对于这些活动,一种称为一氧化氮合酶的细胞酶从氨基酸精氨酸中提取气体分子。化学家早就知道另一种机制:在低 pH 值下,亚硝酸盐 (NO2¿) 会形成氮氧化合物的混合物,包括一氧化氮。口腔中的细菌将硝酸盐转化为亚硝酸盐,然后被吞咽,因此胃可以自然产生一氧化氮。如果一氧化氮真的对胃有益,那么以富含硝酸盐的唾液为食的无害细菌可能与人类存在共生关系。
本杰明的研究小组立即证实了抗菌效果,他们将导致胃部感染的细菌暴露于单独的胃酸以及与亚硝酸盐混合的胃酸中。尽管酸通常被认为是胃抵抗入侵细菌的主要防线,但研究人员发现,大肠杆菌、沙门氏菌和其他细菌可以在其中存活数小时,而高浓度的亚硝酸盐加上酸在不到一小时内就杀死了细菌。接下来,伦德伯格和他的同事将摄入硝酸盐片剂的人的唾液放在大鼠胃的内表面。覆盖其胃部的粘膜增厚并获得了更多血液,这都是感染和溃疡的重要屏障。接受贫硝酸盐唾液的大鼠没有表现出变化。本杰明还观察到,引起蛀牙的细菌在高亚硝酸盐环境中会自行破坏,这表明可以进行一项实验,看看高硝酸盐饮食是否可以预防蛀牙。
华盛顿大学的微生物学家费里克·方说:“我们已经从认为所有这些东西都有毒且致癌,转变为意识到[硝酸盐]正在发挥基本的稳态作用。”
两个研究小组都在研究基于硝酸盐化学的抗菌疗法。本杰明已经准备了一种一氧化氮乳膏,用于治疗发展中国家常见的细菌性皮肤感染,伦德伯格正在卡罗林斯卡进行一项研究,以查看给口干的插管患者唾液是否可以预防溃疡。方说,研究人员距离了解如何用一氧化氮治疗全身感染还很遥远:“它具有如此多的生物活性,你如何在不降低血压的情况下真正仅将一氧化氮输送到该细菌?我们不知道该怎么做。”