PNAS解讀！機(jī)體神經(jīng)細(xì)胞如何進(jìn)化地與微生物能進(jìn)行交流溝通？

多種消化道疾病（比如人類嚴(yán)重的腸道感染）都與腸道自然運(yùn)動(dòng)性的紊亂密切相關(guān)，微生物組在腸道有節(jié)奏的收縮過程（蠕動(dòng)）中扮演著關(guān)鍵角色，同時(shí)其也是目前科學(xué)家們最深入研究的一項(xiàng)課題，目前研究人員并不清楚這些收縮過程是如何被控制的，以及扮演起搏器的神經(jīng)系統(tǒng)細(xì)胞是如何與微生物組協(xié)作共同發(fā)揮作用的。

近日，一項(xiàng)刊登在國(guó)際雜志PNAS上的研究報(bào)告中，來自基爾大學(xué)等機(jī)構(gòu)的科學(xué)家們就通過研究首次利用淡水水螅作為模板進(jìn)行研究，系統(tǒng)性地闡明了老化的神經(jīng)元如何與細(xì)菌之間是如何進(jìn)行交流溝通的，令人驚訝的是，研究者發(fā)現(xiàn)，神經(jīng)細(xì)胞能通過免疫受體與微生物之間相互交流，而這在某種程度上與免疫系統(tǒng)的機(jī)制有關(guān)。在此基礎(chǔ)上，研究人員提出了一種假設(shè)，即神經(jīng)系統(tǒng)并不僅僅會(huì)從進(jìn)化剛一開始就接管感覺和運(yùn)動(dòng)功能，以及負(fù)責(zé)與微生物的交流。

圖片來源：Dr Alexander Klimovich

研究人員研究了系統(tǒng)發(fā)育的古老淡水水螅的簡(jiǎn)單神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，這種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的功能類似于脊椎動(dòng)物機(jī)體所謂的腸道神經(jīng)系統(tǒng)，其能控制消化道的運(yùn)動(dòng)，隨后研究者提出了兩項(xiàng)重要的觀察結(jié)果，首先，他們首次成功在水螅神經(jīng)系統(tǒng)中識(shí)別出了主要負(fù)責(zé)胃腔節(jié)律性收縮的特殊細(xì)胞。在對(duì)腸易激綜合征（IBS）患者的樣本進(jìn)行了高通量研究后，研究人員發(fā)現(xiàn)了可能會(huì)誘發(fā)人類腸道蠕動(dòng)紊亂的特殊基因，在此基礎(chǔ)上，研究人員對(duì)水螅進(jìn)行了研究來尋找基因活躍的細(xì)胞，最后他們?cè)谶@種古老生物的神經(jīng)系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)了一小部分神經(jīng)細(xì)胞。當(dāng)阻斷了水螅中這些基因的活性后就會(huì)導(dǎo)致機(jī)體節(jié)律性收縮的急劇下降，于是研究者就表示，這些的確控制蠕動(dòng)的起搏細(xì)胞，由于這些基因最早是在IBS患者樣本中發(fā)現(xiàn)的，因此研究人員就推測(cè)，這些神經(jīng)元是動(dòng)物早期進(jìn)化出現(xiàn)的中樞控制單元，其能調(diào)節(jié)機(jī)體復(fù)雜的功能。

隨后研究人員產(chǎn)生了第二項(xiàng)令人非常驚訝的結(jié)果，當(dāng)對(duì)水螅單一神經(jīng)細(xì)胞的詳細(xì)遺傳分析后，結(jié)果顯示，它們會(huì)利用先天性免疫系統(tǒng)工具會(huì)對(duì)共生細(xì)菌的密度和組成產(chǎn)生直接的影響，研究者已經(jīng)知道，微生物組的存在或干擾或會(huì)對(duì)腸道的收縮和規(guī)律性產(chǎn)生重大影響，而最新研究也表明，這是一種系統(tǒng)性且古老的調(diào)節(jié)性系統(tǒng)，其中某些神經(jīng)元和共生菌之間雙向交流的系統(tǒng)發(fā)育古老調(diào)節(jié)系統(tǒng)或許在其中扮演著關(guān)鍵角色。研究者Alexander Klimovich博士指出，我們的觀察揭示了神經(jīng)細(xì)胞能夠感知微生物并對(duì)其反應(yīng)，基于此，神經(jīng)元就會(huì)使用在其他免疫系統(tǒng)中所發(fā)現(xiàn)的受體，激活的起搏細(xì)胞就會(huì)釋放出諸如抗菌肽等特定分子，隨后就會(huì)對(duì)特殊微生物的存在或不存在產(chǎn)生很大的影響。

在隨后的調(diào)查中，研究人員將小鼠和線蟲中起搏器神經(jīng)元的分子工具箱與水螅中所發(fā)現(xiàn)的狀況進(jìn)行了比較，他們發(fā)現(xiàn)，起搏器細(xì)胞和微生物之間的交流或許也會(huì)發(fā)生在其它生物體中，而更詳細(xì)地分析結(jié)果表明，小鼠腸道中的起搏器細(xì)胞似乎也擁有能以相同方式與微生物交流溝通的免疫受體。研究者Klimovich強(qiáng)調(diào)表示，我們認(rèn)為神經(jīng)元與微生物之間通過免疫受體的相互交流是一種進(jìn)化上高度保守的基本原則，而神經(jīng)系統(tǒng)與微生物組之間的這種聯(lián)系有可能是在6.5億年前的水螅中首次發(fā)展起來的。

相關(guān)研究或能提供強(qiáng)有力的證據(jù)證明神經(jīng)系統(tǒng)的出現(xiàn)從一開始就與共生的微生物密切相關(guān)，因此研究人員或許需要重新思考免疫與神經(jīng)系統(tǒng)之間的進(jìn)化了，對(duì)水螅的調(diào)查研究結(jié)果表明，即使進(jìn)化上最古老的神經(jīng)系統(tǒng)也會(huì)與微生物之間相互作用，這有可能是神經(jīng)細(xì)胞的進(jìn)化是為了能與對(duì)機(jī)體非常重要的微生物進(jìn)行相互交流。

如果這一假設(shè)成立的話，其或能幫助研究人員為開發(fā)治療因腸道蠕動(dòng)障礙所引發(fā)的人類腸道疾病的新型療法提供新的思路和視野，因此，微生物組的狀態(tài)與腸道蠕動(dòng)障礙之間的關(guān)聯(lián)性很有可能存在于人類身上，未來研究人員還需要進(jìn)行更為深入的研究來揭示神經(jīng)細(xì)胞在炎性腸病的發(fā)生和療法中扮演的關(guān)鍵角色，更好地理解疾病的發(fā)病機(jī)制，以及在微生物組中進(jìn)行密切的干預(yù)治療或有望促進(jìn)健康的腸道運(yùn)動(dòng)，從而就能幫助治療慢性腸道疾病。（世聯(lián)博研(Bioexcellence)世聯(lián)博研Bioexcellence）

小編推薦會(huì)議 2020（第六屆）腸道微生態(tài)與健康國(guó)際研討會(huì)

http://meeting.世聯(lián)博研Bioexcellence/2020MicIntestin？__token=liaodefeng