在小鼠中接種疫苗已被證明可以防止由導致腹瀉的細菌所產生的毒素造成的腸道損傷。在20世紀中期，腹瀉是5歲以下兒童死亡的一個主要原因，估計每年有450萬兒童死亡。儘管口服補液療法大大降低了死亡率，但它並不能防止感染。低收入和中等收入國家的數百萬兒童仍然反復經歷腹瀉，削弱了他們的身體，使他們容易出現營養不良和發育不良，以及其他感染。

聖路易斯華盛頓大學醫學院的研究人員發現了某些類型的腹瀉致病大腸桿菌如何損害腸道，導致營養不良和發育不良。通過對人類細胞和小鼠的研究，他們還表明，針對這些大腸桿菌產生的一種毒素的疫苗可以保護嬰兒小鼠免受腸道損害。

這些發現表明，針對這種大腸桿菌的疫苗可以促進全球努力，確保所有兒童不僅能活到5歲，而且能茁壯成長。這項研究最近發表在《自然通訊》雜誌上。

健康腸道的內壁有緊密的突起，稱為微絨毛，可以吸收營養物質（左），但是暴露在一種細菌毒素中會破壞微絨毛（右），影響營養吸收。資料來源：Alaullah Sheikh/華盛頓大學

高級作者、醫學和分子微生物學教授James M. Fleckenstein博士說：”在理想情況下，我們希望有一種疫苗能夠預防急性腹瀉，急性腹瀉每年仍然導致50萬兒童死亡，而且還能防止營養不良等長期影響，這也許是目前問題的更大部分。當孩子們變得營養不良時，他們因任何原因死亡的風險都會上升。世界衛生組織正在決定如何優先為中低收入國家的兒童接種疫苗，我認為這些數據表明，為兒童接種大腸桿菌腹瀉疫苗可能對那些在這方面有困難的地方大有裨益。”

弗萊肯斯坦研究的是一種被稱為腸毒性大腸桿菌的大腸桿菌，或稱ETEC–因其產生的兩種毒素而得名–以及它對生活在這種細菌猖獗之地的兒童的影響。大腸桿菌是全世界腹瀉的一個常見原因，但在美國和其他高收入國家發現的菌株通常不會像中低收入國家的菌株那樣攜帶毒素。而這可能會造成所有的不同。

Fleckenstein和Alaullah Sheikh博士（當時是Fleckenstein實驗室的博士後研究員，現在是醫學講師）在2020年進行的一項研究表明，ETEC的兩種毒素之一，即熱致死性毒素，不僅僅是引發腹瀉的原因，該毒素還影響腸道內的基因表達，使幫助細菌粘附在腸道壁上的基因上升。

作為最新研究的一部分，Fleckenstein和Sheikh發現，這種毒素抑制了一整套與腸道內壁有關的基因，即營養物質被吸收的地方。所謂的腸道刷狀邊緣是由微小的、像手指一樣的突起組成的，這些突起被稱為微絨毛，像刷子上的毛一樣緊緊地擠在腸道的表面。當弗萊肯斯坦和謝赫將毒素應用於人類腸道細胞群時，刷狀邊界瓦解了。

領導2020年和當前研究的Sheikh說：”它們不再是漂亮、緊密和直立的，每個細胞有成千上萬的微絨毛，而是短小、鬆軟和稀疏的，有點像你拔掉了大部分的刷毛，剩下的是有點破爛的。僅這一點就會對身體吸收營養的能力產生負面影響。但除此之外，我們發現與吸收特定維生素和礦物質有關的基因–特別是維生素B1和鋅的基因也弱化了。這可以解釋我們在反復接觸這些細菌的兒童中看到的一些微量營養素的缺乏”。

低收入和中等收入國家的兒童往往會反复腹瀉，而每次腹瀉的營養不良和發育不良的風險都會上升。研究人員在研究嬰兒小鼠時發現，單次感染產生毒素的大腸桿菌就足以損害腸道裡的刷狀邊界，而反复感染會導致廣泛的腸道損害和生長滯後。感染了缺乏毒素的大腸桿菌菌株的幼崽沒有顯示出這種腸道損傷或發育不良。

Fleckenstein和Sheikh推斷，如果毒素是問題所在，中和毒素的免疫反應可能會防止長期影響。為了找到答案，他們給哺乳期的小鼠母親注射了毒素疫苗。哺乳期的小鼠太小，不能自己進行免疫，但是它們的接種母親會產生抗體，通過母乳傳給幼鼠。研究人員發現，來自接種過疫苗的母親的嬰兒小鼠的腸道看起來很健康，這表明接種疫苗可以保護腸道免受導致營養不良的損害。

Fleckenstein說：”這是開發這種大腸桿菌疫苗的一個論據。在兒童時期一次又一次地被感染會造成終身的後果。疫苗接種與改善環境衛生和獲得清潔水的努力相結合，可以保護兒童免受長期影響，使他們有更好的機會獲得健康長壽的生活”。