在小鼠中接种疫苗已被证明可以防止由导致腹泻的细菌所产生的毒素造成的肠道损伤。在20世纪中期，腹泻是5岁以下儿童死亡的一个主要原因，估计每年有450万儿童死亡。尽管口服补液疗法大大降低了死亡率，但它并不能防止感染。低收入和中等收入国家的数百万儿童仍然反复经历腹泻，削弱了他们的身体，使他们容易出现营养不良和发育不良，以及其他感染。
圣路易斯华盛顿大学医学院的研究人员发现了某些类型的腹泻致病大肠杆菌如何损害肠道，导致营养不良和发育不良。通过对人类细胞和小鼠的研究，他们还表明，针对这些大肠杆菌产生的一种毒素的疫苗可以保护婴儿小鼠免受肠道损害。
这些发现表明，针对这种大肠杆菌的疫苗可以促进全球努力，确保所有儿童不仅能活到5岁，而且能茁壮成长。这项研究最近发表在《自然通讯》杂志上。
健康肠道的内壁有紧密的突起，称为微绒毛，可以吸收营养物质（左），但是暴露在一种细菌毒素中会破坏微绒毛（右），影响营养吸收。资料来源：Alaullah Sheikh/华盛顿大学
高级作者、医学和分子微生物学教授James M. Fleckenstein博士说："在理想情况下，我们希望有一种疫苗能够预防急性腹泻，急性腹泻每年仍然导致50万儿童死亡，而且还能防止营养不良等长期影响，这也许是目前问题的更大部分。当孩子们变得营养不良时，他们因任何原因死亡的风险都会上升。世界卫生组织正在决定如何优先为中低收入国家的儿童接种疫苗，我认为这些数据表明，为儿童接种大肠杆菌腹泻疫苗可能对那些在这方面有困难的地方大有裨益。"
弗莱肯斯坦研究的是一种被称为肠毒性大肠杆菌的大肠杆菌，或称ETEC--因其产生的两种毒素而得名--以及它对生活在这种细菌猖獗之地的儿童的影响。大肠杆菌是全世界腹泻的一个常见原因，但在美国和其他高收入国家发现的菌株通常不会像中低收入国家的菌株那样携带毒素。而这可能会造成所有的不同。
Fleckenstein和Alaullah Sheikh博士（当时是Fleckenstein实验室的博士后研究员，现在是医学讲师）在2020年进行的一项研究表明，ETEC的两种毒素之一，即热致死性毒素，不仅仅是引发腹泻的原因，该毒素还影响肠道内的基因表达，使帮助细菌粘附在肠道壁上的基因上升。
作为最新研究的一部分，Fleckenstein和Sheikh发现，这种毒素抑制了一整套与肠道内壁有关的基因，即营养物质被吸收的地方。所谓的肠道刷状边缘是由微小的、像手指一样的突起组成的，这些突起被称为微绒毛，像刷子上的毛一样紧紧地挤在肠道的表面。当弗莱肯斯坦和谢赫将毒素应用于人类肠道细胞群时，刷状边界瓦解了。
领导2020年和当前研究的Sheikh说："它们不再是漂亮、紧密和直立的，每个细胞有成千上万的微绒毛，而是短小、松软和稀疏的，有点像你拔掉了大部分的刷毛，剩下的是有点破烂的。仅这一点就会对身体吸收营养的能力产生负面影响。但除此之外，我们发现与吸收特定维生素和矿物质有关的基因--特别是维生素B1和锌的基因也弱化了。这可以解释我们在反复接触这些细菌的儿童中看到的一些微量营养素的缺乏"。
低收入和中等收入国家的儿童往往会反复腹泻，而每次腹泻的营养不良和发育不良的风险都会上升。研究人员在研究婴儿小鼠时发现，单次感染产生毒素的大肠杆菌就足以损害肠道里的刷状边界，而反复感染会导致广泛的肠道损害和生长滞后。感染了缺乏毒素的大肠杆菌菌株的幼崽没有显示出这种肠道损伤或发育不良。
Fleckenstein和Sheikh推断，如果毒素是问题所在，中和毒素的免疫反应可能会防止长期影响。为了找到答案，他们给哺乳期的小鼠母亲注射了毒素疫苗。哺乳期的小鼠太小，不能自己进行免疫，但是它们的接种母亲会产生抗体，通过母乳传给幼鼠。研究人员发现，来自接种过疫苗的母亲的婴儿小鼠的肠道看起来很健康，这表明接种疫苗可以保护肠道免受导致营养不良的损害。
Fleckenstein说："这是开发这种大肠杆菌疫苗的一个论据。在儿童时期一次又一次地被感染会造成终身的后果。疫苗接种与改善环境卫生和获得清洁水的努力相结合，可以保护儿童免受长期影响，使他们有更好的机会获得健康长寿的生活"。