驚人發現：微生物組影響組織再生和修復

日期：2016-08-30 09:00:22

最近，美國Stowers醫學研究所的研究人員發現，微生物組的構成，與宿主的免疫反應、機體的自愈能力之間，有一種明確的聯系。

他們發現，渦蟲微生物群落的一個急劇變化，可使得這種淡水扁蟲失去它的再生能力。這種相同的變化在人類炎癥性疾病中也曾被觀察到，但是，之前科學家曾經嘗試在較低等生物（如果蠅和斑馬魚）中模仿它，卻被證明是失敗的。相關閱讀：渦蟲奇特再生能力的關鍵所在；《PLOS Genetics》：渦蟲頭部再生相關基因。

該研究結果發表在《eLife》雜志上，提供了一個有價值的模型，用于揭示控制免疫力和再生之間相互作用的基本分子機制，并可能指出新的治療方法，來對抗嚴重的人類疾病，如慢性不愈合的傷口。

本研究資深作者、Stowers醫學研究所和霍華德休斯醫學研究所的Alejandro Sánchez Alvarado博士說：“這是第一個動物模型，將內生細菌的病理變化與再生抑制聯系起來。我們知道，一些種類的細菌對我們的健康是至關重要的，其他種類的細菌則可能使我們很難從疾病中恢復過來。現在，我們可以研究微生物組不斷變化的性質——和免疫系統響應這些變化的方式，是如何影響再生過程的自然執行的。”

長期以來，研究人員認為，免疫反應主要構成了有效組織再生和修復的一道屏障。然而，最近在各種不同生物中的研究表明，它可能對于促進這一過程也發揮著核心的作用。不過，是什么分子機制驅動了這些截然相反的結局，仍不清楚。

Sánchez Alvarado實驗室一次突如其來的困境，提供了一個機會來剖析免疫系統的復雜雙重性。實驗室渦蟲種群的一部分遭受了一次感染。受感染的動物在眼睛周圍出現病變，這些病變越來越大，直到它們的整個頭部退化。通常情況下，渦蟲僅僅可以再生出一個新的頭，但是感染卻以某種方式挫敗了它們的再生能力。

Sánchez Alvarado的研究團隊和Stowers研究所開發了一種改進的水槽系統，能夠循環和消毒培養基，從而使他們能夠培養健康的渦蟲，但是他們發現，當他們把蠕蟲從該系統中取出來時，它們很快就又生病了。雖然大多數的實驗室成員對這一發展感到挫折，這時，新的博士后研究助理Chris Arnold博士，采取了不同的角度。

Arnold說：“我認為這是個完美的誘導模型系統。我們可以選取健康的渦蟲，當需要的時候從該系統中去除它們，并將它們放置在使其生病的其他條件下。令人驚訝的是，我們發現，當我們從該系統中取出渦蟲時，它們出現了問題，我們可以成功地用抗生素治療它們的組織退化。這表明，可能有細菌參與進來。”

Arnold想要確定有什么樣的細菌生活在渦蟲體內。他進行了一次細菌普查，發現渦蟲的微生物組與人類有著驚人的相似性。當渦蟲都是健康的時候，它們體內有大量的擬桿菌——一組有益的、支持性共生菌，和少量的變形菌——一組細菌包含一些危險的人類病原體。但是，當渦蟲發展出病變時，他們經歷了變形菌的大幅飆升，一些成員已被證明可引起人類消化性潰瘍和胃癌。

研究人員懷疑這并不是細菌本身，而是免疫系統對“影響渦蟲再生能力的細菌”所產生的反應。為了驗證這一假設，Arnold使用了一種叫做RNA干擾的先進分子技術，來沉默免疫系統的核心部件。然后，他想探究每一個組件對“渦蟲在感染過程中修復病變并再生頭部的能力”有何影響。

研究人員發現，當他們阻斷一個被稱為TAK1激酶的基因時，渦蟲能夠從感染所致的損傷中得以恢復。他們著眼于與TAK1激酶相互作用的其他基因，包括TAK1通路的激活劑和抑制劑，并發現它們中的大多數也影響再生，但是只有在渦蟲被感染的時候。

Sánchez Alvarado說：“我們的研究結果表明，在感染過程中有一些關于再生的特殊情況，不同于正常的再生。有一些基因在一種情況下可促進退化，而在另一種情況下，卻促進再生。這是顛倒的，完全不同于我們所期望的。我們認為這一途徑可能會采取行動清除感染的細胞，所以感染不能擴散到健康的組織。只有當我們阻斷該通路時，我們才能即使在感染的情況下也能允許再生發生。”

Sánchez Alvarado說，在未來，我們有可能會開發出小分子，抑制這一免疫途徑，以提高組織的修復和再生，不只是在一個像渦蟲這樣簡單的生物體中，而且在更高等的生物（如人類）中也一樣。然而，我們首先需要對這一途徑中的激活劑和抑制劑，以及它們如何相互作用，了解更多。

Arnold說：“我們的醫療體系正在努力解決受損傷口愈合的情況。我們知道，細菌是治愈患者的障礙，而抗生素并不總是有效的，尤其是抗生素耐藥性細菌的興起。通過了解參與免疫應答的基因和途徑，我們或許能夠闡明決定一個生物體是否修復或試圖再生的信號。也許，我們可以開發更有效的治療方法。”