研究人员研究神经细胞是否进化为与微生物对话

作者：杨超月

消化道的各种疾病，例如人类严重的肠道炎症，都与肠道自然流动性的紊乱密切相关。目前，微生物组(即，自然的微生物群落在消化道中定居)在肠道的这些节律性收缩(也称为蠕动)中起什么作用，是目前深入研究的主题。尤其不清楚如何控制收缩以及充当起搏器的神经系统细胞如何与微生物一起发挥作用。

基尔大学细胞与发育生物学小组的一个研究小组现在已经成功地以淡水息肉水Hy为例，成功地证明了系统发育的老神经元和细菌实际上是直接相互交流的。令人惊讶地，他们发现神经细胞能够通过免疫受体与微生物发生交互作用，即在某种程度上与免疫系统的机制发生相互作用。

在此基础上，合作研究中心(CRC)1182“微生物的起源和功能”的科学家提出了一个假设，即神经系统不仅从进化开始就接管了感觉和运动功能，而且还负责沟通与微生物。基尔(Thomas Bosch)教授附近的基尔研究人员今天与国际同事在《美国国家科学院院刊》(PNAS)上发表了他们的研究结果。

在简单而古老的神经系统中观察

研究小组研究了系统发育的古代淡水息肉水Hy的简单神经网络。该神经网的功能类似于控制消化道运动的脊椎动物的所谓肠神经系统。CRC1182的研究人员有两个重要发现。首先，他们首次成功地鉴定了Hydra神经系统的细胞，这些细胞负责胃腔的节律性收缩。

这项发现的关键是与澳大利亚墨尔本莫纳什大学的毛罗·达马托教授领导的人类医学研究小组的密切合作。在一项高通量研究中，来自患有肠易激综合症(IBS)患者的样本材料，澳大利亚研究人员发现了可能与人类肠道蠕动有关的基因。在此基础上，托马斯·博世(Thomas Bosch)的研究小组检查了九头蛇中这些基因有活性的细胞。出乎意料的是，基尔研究人员在古老的神经系统的一小部分神经细胞中发现了它们。

当他们阻止九头蛇中这些基因的活性时，这立即导致有节奏的身体收缩急剧减少。基尔大学的科学家因此能够证明这些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，因此基尔研究人员怀疑这些神经元是中央控制单元，它们在动物进化的早期出现以调节复杂的身体功能。

此外，基尔研究小组的研究还产生了第二个同样令人惊讶的结果。Hydra单个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的工具对共生细菌的密度和组成具有直接影响。众所周知，微生物组的缺失或破坏会对收缩的频率和规律性产生重大影响。现在，这项新研究清楚地表明，这是一个系统发育的古老调节系统，其中某些神经元和共生细菌之间的双向通讯起着核心作用。

“我们的观察结果表明神经细胞能够感知微生物并对微生物做出反应，”细胞与发育生物学小组的科学家，CRC 1182成员Alexander Klimovich博士解释说：“为此，神经元使用了在神经细胞中发现的受体。免疫系统细胞中的其他动物”，该研究的第一作者继续说道。被激活的起搏器细胞随后释放某些分子，例如抗菌肽，这反过来会对特定微生物的存在或不存在产生重大影响。

在随后的调查中，基尔研究小组将小鼠和线虫中起搏器神经元的分子工具包与九头蛇中的情况进行了比较。他们发现，起搏器细胞和微生物之间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还具有以类似方式与微生物通讯的免疫受体。

“因此，我们认为神经元和微生物之间通过免疫受体的通讯是进化上高度保守的基本原理，”克里莫维奇强调说。Klimovich说：“神经系统和微生物组之间的这种联系可能是在大约6.5亿年前的水仙中发展的。”

使用针对Hydra起搏器特定离子通道的抗体(绿色)可以看到Hydra中的单个起搏器神经元。细胞核显示为蓝色，上皮细胞的肌肉纤维显示为品红色。信用：A.-S。马特，亚历山大·克里莫维奇博士

一个新的假设

因此，基尔研究小组的发现提供了有力的证据，证明神经系统的出现从一开始就与共生微生物紧密相关。基尔细胞与发育生物学小组负责人，CRC 1182发言人博斯强调说：“我们可能必须重新考虑免疫系统和神经系统的进化，对九头蛇的调查表明，即使进化最古老的神经系统也能与神经系统相互作用。神经细胞有可能进化为能够与对身体如此重要的微生物进行交流。”

如果这一假设成立，那么也将为由肠道活动障碍引起的人类肠道疾病的发展和未来治疗开辟全新的视野。这是因为微生物组的状态与肠蠕动障碍之间也很可能存在于人类之间。“因此，将来，我们还必须考虑神经细胞的作用博世设想。”研究人员越了解他们对疾病发展的参与，对微生物组的治疗干预就越紧密