研究人员研究神经细胞是否进化到能与微生物对

- 编辑:大众自然网 -

研究人员研究神经细胞是否进化到能与微生物对

各种消化道疾病,例如人类肠道的严重炎症,都与肠道的自然活动紊乱密切相关。微生物的作用是什么?消化道的自然微生物群落在这些有节奏的肠道收缩中发挥作用,也被称为蠕动,是目前深入研究的主题。尤其不清楚的是,这种收缩是如何被控制的,以及充当起搏器的神经系统细胞是如何与微生物一起工作的。

来自基尔大学细胞和发育生物学小组的一个研究小组,以淡水水螅Hydra为例,首次成功地证明了在系统进化过程中衰老的神经元和细菌之间实际上是直接交流的。令人惊讶的是,他们发现神经细胞能够通过免疫受体与微生物相互交流。在某种程度上与免疫系统的机制有关。

在此基础上,联合研究中心(CRC) 1182“元生物的起源和功能”的科学家们提出了神经系统不仅从进化开始就接管了感觉和运动功能,而且还负责与微生物的交流。今天,基尔大学的研究人员在托马斯·博施教授周围与国际同事一起在《美国国家科学院院刊》上发表了他们的研究结果。

观察一个简单而古老的神经系统

研究小组研究了远古淡水水螅水螅的简单神经网络。这个神经网络在功能上与脊椎动物控制消化道运动的肠道神经系统相似。CRC1182的研究人员做了两个重要的观察。首先,他们首次成功地识别出了负责胃腔节律性收缩的九头蛇神经系统的细胞。

这一发现的关键是与澳大利亚墨尔本莫纳什大学教授毛罗·达马托领导的人类医学研究小组的密切合作。在一项高通量的研究中,澳大利亚研究人员从患有肠易激综合征(IBS)的患者身上提取样本,发现了可能导致人类肠道蠕动紊乱的基因。在此基础上,Thomas Bosch的研究小组检查了九头蛇体内这些基因活跃的细胞。令人惊讶的是,基尔大学的研究人员在这个古老神经系统的一小群神经细胞中发现了它们。

当他们阻止这些基因在九头蛇中的活动时,立即导致有节奏的身体收缩急剧减少。因此,基尔大学的科学家能够证明,这些细胞确实是控制蠕动的起搏器细胞。由于这些基因最初是在IBS患者的人类样本中发现的,基尔大学的研究人员怀疑这些神经元是在动物进化早期出现的中央控制单元,用于调节复杂的身体功能。

此外,基尔研究团队的研究还产生了第二个同样令人惊讶的结果。对九头蛇个体神经细胞的详细分子遗传学分析表明,它们利用先天免疫系统对共生菌的密度和组成产生直接影响。我们已经知道,微生物组的缺失或破坏对收缩的频率和规律产生重大影响。新的研究清楚地表明,这是一个古老的系统调节系统,特定神经元和共生细菌之间的双向通信在其中起着核心作用。

细胞与发育生物学小组科学家、CRC 1182成员亚历山大·克里莫维奇博士解释说:“我们的观察表明,神经细胞能够感知微生物并对它们作出反应。”该研究的第一作者继续说道:“为此,神经元使用了免疫系统细胞中其他动物的受体。”然后激活的起搏器细胞释放某些分子,如抗菌肽,这反过来对特定微生物的存在或不存在有很大的影响。

在随后的研究中,基尔的研究小组将小鼠和线虫的起搏器神经元的分子工具箱与Hydra中的情况进行了比较。他们发现起搏器细胞和微生物的交流也可能发生在其他生物体中。更详细的分析表明,例如,小鼠肠道中的起搏器细胞也拥有以类似方式与微生物沟通的免疫受体。

克里莫维奇强调说:“因此,我们认为神经元和微生物之间通过免疫受体进行交流是进化上高度保守的基本原则。”克里莫维奇说:“神经系统和微生物群之间的联系可能是在6亿5千万年前在海德拉斯首次发展起来的。”

一个新的假说

因此,基尔研究小组的发现为神经系统的出现从一开始就与共生微生物密切相关提供了有力的证据。“我们可能不得不重新思考免疫系统和神经系统的进化,”基尔细胞和发育生物学小组主席兼CRC 1182发言人Bosch强调,“对九头蛇的调查表明,即使是进化中最古老的神经系统也会与微生物相互作用。”有可能是神经细胞进化到能够与对身体非常重要的微生物进行交流,”Bosch继续说。

如果这一假设成立,也将为人类肠道活动障碍引起的肠道疾病的发展和未来的治疗打开一个全新的视角。这是因为微生物群的状态和肠道蠕动紊乱之间的相关性在人类中也很可能存在。“因此,在未来,我们还必须考虑神经细胞在炎症性肠病的发展和治疗中的作用,”Bosch设想。研究人员越了解自己参与了疾病的发展,就越能对微生物组进行更密切的治疗干预,从而实现健康的肠道运动,从而治疗慢性肠道疾病。