DNA可作為一種免疫防御武器

日期：2016-03-03 09:09:13

我們的先天免疫系統，主要由吞噬細胞構成，通過消滅細菌而保護著我們的身體。要做到這一點，它采用了兩種機制。第一種機制是殺死吞噬細胞自己內部的異物。第二種機制是殺死細胞外的細菌。這兩種策略已經為研究人員所知，但僅存在于人類和其他高等動物身上。最近，來自瑞士日內瓦大學（UNIGE）的微生物學家，剛剛發現，一種群居的變形蟲——生活在溫帶森林土壤中的一種單細胞微生物，也使用這些機制，并且已經超過十億年的時間。由于這種變形蟲具有類似于人類的先天防御系統，而且能夠被遺傳修飾，因此研究人員可以用它們開展實驗，來了解和對抗免疫系統的遺傳性疾病。這一研究結果發表于3月1日的《Nature Communications》。

為了保護自己，我們的免疫細胞有兩種機制。第一種稱為吞噬作用，可殺死吞噬細胞本身的細菌。細胞可包裹異物，并利用由酶NOX2產生的活性氧（臭氧、過氧化氫、漂白劑）特定地消滅它。然而，當入侵者太大很難處理時，細胞會利用第二種防御機制，包括排出它們的遺傳物質，也就是說它們的DNA。這些DNA轉變為粘性的和有毒的網，稱為“中性粒細胞外陷阱”（NETs）。然后，這些DNA會捕獲細胞外的細菌并殺死它們。

先天免疫系統的祖先

瑞士日內瓦大學生物化學系Thierry Soldati教授的研究團隊，與美國貝勒醫學院的研究人員合作，研究阿米巴變形蟲Dictyostelium discoideum。這些微生物是細菌的天敵。但是當食物短缺時，它們會聚在一起形成一種“微型動物”，有超過100000個細胞，稱為鼻涕蟲。然后，這將變成一個“子實體”——由莖頂端的大量孢子組成。休眠的孢子會在沒有食物的情況下存活，直到風或其他自然力量將它們分散到新的地方，在那里它們能發芽并找到一些食物。

為了構成這一鼻涕蟲，約20%的細胞犧牲自己來進行創建，80%的細胞將變成孢子。然而，有少量剩余的1%的細胞，保持其吞噬功能。本文共同作者Thierry Soldati解釋說：“這最后一個百分比是由叫做“哨兵”細胞的細胞組成的。它們構成了鼻涕蟲的固有免疫系統，并在動物體內扮演類似免疫細胞的角色。事實上，它們也用吞噬作用和DNA，來殺滅可能危及鼻涕蟲生存的細菌。因此我們發現，這種被我們認為是高等動物的一項創造的東西，實際上是十億年前就已經在單細胞生物中活躍的一種策略。”

從變形蟲到人類

這一發現對于理解人類的免疫系統疾病，有著重要的作用。慢性肉芽腫性疾病（CGD）患者無法表達功能性NOX2酶。因此，他們會反復感染，因為他們的免疫系統缺乏能夠殺死吞噬體內細菌或通過DNA網的活性氧。通過基因改良變形蟲Dictyostelium discoideum，UNIGE的微生物學家能夠對先天免疫系統的機制，進行各種各樣的實驗。因此，這種微生物可以作為一個科學模型，研究這些防御過程中的缺陷，從而為可能的治療方法開辟了新的途徑。

此前就有研究利用變形蟲作為模型，例如，發表在2014年4月9日《Nature》雜志的一項最新研究，揭示了痢疾變形蟲發揮其破壞作用的方式：通過蠶食活細胞。這項研究為痢疾變形蟲傳染病的治療新藥提供了一個潛在靶標，并轉變了人們對這種寄生蟲如何起破壞作用的理解。另有研究發現，溶組織內阿米巴（痢疾變形蟲）能通過咬食和吞掉細胞碎片攻擊人類腸道，并在發展中國家引發致命腹瀉，2014年4月10日的《自然》雜志報告了它們吞下腸道細胞的過程，或將對治療溶組織內阿米巴感染提供新目標。