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PNAS:神经系统能控制体内的微生物?:乐鱼体育


本文摘要:水螅(Hydra)致密的神经网络中一簇神经元正在传达神经肽(绿色),通过特异性抗体能看到构建这些神经肽的可视化。

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水螅(Hydra)致密的神经网络中一簇神经元正在传达神经肽(绿色),通过特异性抗体能看到构建这些神经肽的可视化。其中,神经元的细胞核被标记成洋红色。图片来源:Alexander Klimovich  来源:基尔大学  各种消化道疾病如人类相当严重的肠道炎症,皆与肠道大自然收缩的失调密切相关。

目前,科学家还不确切肠道收缩是如何掌控的,而作为“起搏器”的神经细胞又是如何与微生物一起充分发挥功能的。  基尔大学(Kiel University)的一个细胞和发育生物学课题组,首次以淡水水螅(Hydra)为事例,证明神经系统上的神经元能必要与肠道中的细菌互相交流,在或许上类似于免疫系统的起到机制。在此基础上,他们明确提出了这样的假设:在进化开始时,神经系统不仅接管感觉和运动功能,而且还负责管理与微生物交流。

由基尔大学的Thomas Bosch教授领导的研究团队与国际合作者在《美国科学院院报》(PNAS)上,牵头公开发表了这一研究结果。  研究人员仔细观察了淡水水螅更为古老、非常简单的神经网络。

这种神经网络在功能上与脊椎动物中掌控消化道运动的肠道神经系统相近。研究人员取得两项最重要的找到:第一,他们首次顺利辨别出有水螅的神经系统中负责管理胃腔节律性膨胀的神经细胞。

淡水水螅有一个更为古老和非常简单的神经系统。它由起搏器神经元构成,驱动水螅的身体有节奏地自发性膨胀。图片来源:Alexander Klimovich  这一找到还归功于与墨尔本莫纳什大学Mauro D‘Amato教授领导的人类医药研究小组的密切合作。

后者在一项对肠道易激综合征(Irritable Bowel Syndrome)患者样本的高通量研究中,找到了有可能造成人类肠道收缩失调的基因。基于这一研究,Thomas Bosch的研究团队检测了水螅中这些基因活跃传达的细胞。

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令人吃惊的是,他们显然在水螅古老的神经系统的部分簇神经细胞中,找到了这些基因的传达。  当他们切断水螅中这些基因的活性时,水螅节律性地身体膨胀急遽增加。Thomas Bosch教授等因此证明这些细胞显然是掌控身体收缩的起搏器细胞。

由于这些基因最初是在IBS患者的样本中找到的,Thomas Bosch教授等猜测在动物进化早期,这些神经元是中央掌控单元,能调节简单的身体功能。  而Thomas Bosch教授等找到的第二个难以置信的结果是:对水螅个体神经细胞详尽的分子遗传分析指出,它们能利用先天免疫系统等对共生菌的密度和构成产生直接影响。众所周知,微生物群缺陷或被毁坏,对肠道膨胀的频率和规律不会有明显的影响。而如今这项研究确切地指出,这个过程受到一个更为古老的神经系统调节,而在该系统中,特定神经元和共生菌之间的双向通信起着核心作用。

  文章的第一作者、Alexander Klimovich博士说明说道:“我们的仔细观察指出,神经细胞需要感官微生物,并对它们作出反应。在这一过程中,神经元利用了类似于在其他动物的免疫细胞表面找到的受体。”被转录的起搏器细胞能获释一些分子如抗菌肽,它们反过来不会影响一些微生物的存活。

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  在随后的研究中,Thomas Bosch教授等较为了在小鼠和线虫的起搏器神经元中发挥作用的分子。他们找到,起搏器细胞和微生物的交流也有可能再次发生在其它物种体内。

更加详尽的分析表明,小鼠肠道中的起搏器细胞也能利用一些免疫系统受体,以完全相同的方式与微生物展开交流。  Klimovich特别强调:“基于上述的研究,我们推断神经元和微生物之间的交流方式,在进化上是高度激进的。而这种交流方式有可能在6.5亿年前首先在水螅中进化出来。

”  Thomas Bosch教授等这项找到为证明神经系统在最初就能与共生微生物紧密交流,获取了强有力的证据。他特别强调说道:“我们有可能必须新的思维免疫系统和神经系统的进化历程。对水螅的研究指出,即使是最古老的神经系统也能与微生物相互作用。

神经细胞的进化有可能是必须与微生物展开交流,而这个过程对身体十分最重要。”  如果这一假设正式成立,它将能为由肠道活力损毁引发的人类肠道疾病发展和后期化疗,获取一个全新的视角。因为微生物群状态与肠道收缩失调之间的相关性也有可能不存在于人体中,Bosch回应:“未来我们还必需考虑到神经细胞在炎症性肠道疾病的发展和化疗中的起到。”而研究人员就越理解神经细胞在疾病发展进程中的起到,就就越能对增进身体健康的肠道运动的微生物群展开紧密的介入,从而化疗慢性肠道疾病。


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