在許多方面，我們的大腦與消化道緊密相連：感到緊張可能會(huì)導(dǎo)致胃部疼痛，而腸道的饑餓信號(hào)會(huì)使我們感到煩躁。最近的研究甚至表明，生活在我們腸道中的細(xì)菌會(huì)影響某些神經(jīng)系統(tǒng)疾病。

在動(dòng)物（如小鼠）中對(duì)這些復(fù)雜的相互作用進(jìn)行建模非常困難，因?yàn)樗鼈兊纳韺W(xué)與人類的生理學(xué)有很大不同。為了幫助研究人員更好地理解腸腦軸，麻省理工學(xué)院的研究人員開發(fā)了一種“芯片上的器官”系統(tǒng)，該系統(tǒng)復(fù)制了大腦，肝臟和結(jié)腸之間的相互作用。 使用該系統(tǒng)，研究人員能夠模擬生活在腸道中的微生物對(duì)健康的大腦組織和帕金森氏病患者的組織樣本的影響。

他們發(fā)現(xiàn)，腸道中微生物產(chǎn)生的短鏈脂肪酸被運(yùn)輸?shù)酱竽X，對(duì)健康和患病的腦細(xì)胞產(chǎn)生不同的影響。 麻省理工學(xué)院的博士后Martin Trapecar說：“雖然短鏈脂肪酸在很大程度上有益于人類健康，但我們觀察到它們?cè)谀承l件下會(huì)進(jìn)一步加劇某些與帕金森氏病有關(guān)的腦部疾病，例如蛋白質(zhì)錯(cuò)誤折疊和神經(jīng)元死亡?！痹撗芯康闹饕髡?。 這篇論文的主要作者是Linda Griffith，同時(shí)也是生物工程和機(jī)械工程教授，相關(guān)結(jié)果最近發(fā)表在《Science Advance》雜志上。

近年來， Griffith的實(shí)驗(yàn)室一直在開發(fā)微生理系統(tǒng)，可用于生長通過微流體通道連接的不同器官的工程組織模型。Griffith說，在某些情況下，這些模型可以提供比動(dòng)物模型更準(zhǔn)確的人類疾病信息。 在去年發(fā)表的一篇論文中，作者使用了微生理系統(tǒng)來模擬肝臟和結(jié)腸之間的相互作用。在該研究中，他們發(fā)現(xiàn)腸道中微生物產(chǎn)生的分子短鏈脂肪酸（SCFA）在某些情況下可加劇與潰瘍性結(jié)腸炎相關(guān)的自身免疫炎癥。 SCFA，包括丁酸酯，丙酸酯和乙酸酯，也可以對(duì)組織產(chǎn)生有益作用，包括增強(qiáng)免疫耐受性。

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在這項(xiàng)新研究中，麻省理工學(xué)院的研究小組決定將大腦和循環(huán)免疫細(xì)胞添加到他們的多器官系統(tǒng)中。為此，他們與Whitehead研究所的Jaenisch實(shí)驗(yàn)室合作。 Jaenisch以前已經(jīng)開發(fā)出一種方法，可以將帕金森氏病患者的成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)化為多能干細(xì)胞，然后將其誘導(dǎo)分化為不同類型的腦細(xì)胞-神經(jīng)元，星形膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞。 麻省理工學(xué)院的研究人員將其用于帕金森氏癥模型的細(xì)胞攜帶一種突變，該突變導(dǎo)致一種稱為α突觸核蛋白的蛋白質(zhì)蓄積，從而損害神經(jīng)元并引起腦細(xì)胞炎癥。 Jaenisch的實(shí)驗(yàn)室還產(chǎn)生了已糾正此突變的腦細(xì)胞。 Griffith和Trapecar首先在微生理系統(tǒng)中研究了這兩組腦細(xì)胞，，經(jīng)過校正的細(xì)胞顯示出更多的炎癥。帕金森氏細(xì)胞的脂質(zhì)和膽固醇代謝能力也相對(duì)受損。

然后，研究人員建立了免疫細(xì)胞和營養(yǎng)物質(zhì)（包括SCFA）在它們之間流動(dòng)的通道，將腦細(xì)胞連接到結(jié)腸和肝臟組織。他們發(fā)現(xiàn)，對(duì)于健康的腦細(xì)胞而言，接觸SCFA是有益的，并有助于它們成熟。但是，當(dāng)帕金森氏病患者的腦細(xì)胞暴露于SCFA時(shí)，其有益作用就消失了。相反，細(xì)胞出現(xiàn)更高水平的蛋白質(zhì)錯(cuò)誤折疊和細(xì)胞死亡。

即使從系統(tǒng)中刪除了免疫細(xì)胞，也可以看到這些作用，導(dǎo)致研究人員假設(shè)這些作用是由脂質(zhì)代謝的變化介導(dǎo)的。Trapecar說：“短鏈脂肪酸似乎可以通過影響脂質(zhì)代謝而不是直接影響某些免疫細(xì)胞群而影響神經(jīng)退行性疾病?！保ㄉ锕?世聯(lián)博研Bioexcellence）

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