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救命的“超级英雄”,也许就住在肠道里

时间:2015-10-30 18:38来源:果壳网 作者:S.西尔维希耶 阅读:

超级英雄的传奇总是漫画和电影长盛不衰的题材。可无论是嫉恶如仇的超人还是正直坚强的美队,毕竟都只是虚构世界中的主角。在现实世界中,我们遭遇着各种各样净惹麻烦的“反派”——从未停止的战祸,日益加重的污染,久攻不下的病症……能搭救我们的只有我们自己。

抗药的致命病菌就是其中最让人头疼的对手之一。当从前所向披靡的抗生素们慢慢失去效用,人们的生命又开始消逝在病菌脚下。制裁它们的英雄又在哪里?近日,美国加州索尔克研究所(Salk Institute)贾内尔·埃尔斯(Janelle S. Ayres)研究组就找到了一种身体比蚁人还要小,本事却大得惊人的“超级英雄”。它是一种人们再熟悉不过的肠道细菌,但却可能帮助我们挽救虚弱的病人。研究成果发表在今天的《科学》杂志上。

救命的“超级英雄”,也许就住在肠道里埃尔斯(右)和同事米歇尔·李(左)、亚历山德拉·希伯(中)。图片来源:salk.edu

造就“鼠坚强”的大肠杆菌

正常状态下,我们的身体能够以一种平衡而精确的方式运转。而当疾病出现时,这种精确的运转会被打破,出现错误。在大多数情况下,人们的身体能够及时纠正这些错误。但在某些情况下——比如癌症和长期的炎症——失衡的代谢并不能迅速回复正常。此时,身体会大量损失身体的脂肪和肌肉,变得衰弱无力,最终死亡。

埃尔斯的研究小组最初利用小鼠来进行身体衰弱和肌肉萎缩的研究。他们使用一种叫做葡聚糖硫酸钠(dextran sulfate sodium)的药物诱发小鼠肠炎,同时利用多种抗生素的混合物来干扰小鼠的肠道微生物菌群。

研究人员预期,经过这般折腾的小鼠往往会变得衰弱,体重减轻,肌肉萎缩,最终死亡。事实上,大多数小鼠的生理反应也符合预期。然而,有几只小鼠却出现了不一样的反应:它们肌肉萎缩的程度显著减少,最终成功存活了下来。

这些幸存的“鼠坚强”身体里发生了什么?经过对比分析,科学家们在小鼠肠道里找到了帮助小鼠渡过难关的幕后英雄。有些令人意外的是,它们正属于我们所熟知的大肠杆菌——在生活中,这些小家伙们能够帮助人们分解消化食物。而在生物学研究中,它们也是不可或缺的模式生物。

研究者发现,这种大肠杆菌菌株机缘巧合地携带有抗药性,在抗生素混合物引领的大屠杀中得以幸存。值得一提的是,这些菌株所属的类型也曾被分离自肠炎患者的体内,某种程度上说,它们也曾是导致疾病的“坏人”。

而在这里,它们将成为英雄。

研究人员随后用同样能够引起衰弱的病原菌:鼠伤寒沙门氏菌(S. Typhimurium)和伯克氏菌(B. thailandensis)对小鼠进行了感染,发现携带有这种大肠杆菌菌株的小鼠同样能够更好地存活。

救命的“超级英雄”,也许就住在肠道里研究者发现,大肠杆菌(左)的一种菌株(O21:H+型)能够帮助停止被鼠伤寒沙门氏菌(中)和伯克氏菌(右)感染的小鼠的肌肉萎缩。图片来源:salk.edu

“超级英雄”细菌:我不能打,但我能报信

但是,研究证实,这些大肠杆菌并不具有侵略性,换句话说,它们并不能杀灭导致衰弱的病原菌。那么,它们是怎么拯救宿主于危难之中的?

研究人员发现,这些大肠杆菌能够与身体合作,将一种称为胰岛素样生长因子1(IGF-1)的激素维持 在一个正常的水平。这种激素是下达细胞分裂和发育信号的“信号员”。受到病原菌感染的小鼠,IGF-1在血清中的浓度迅速下降,而没了这位信号员,细胞就接不到“迅速分裂,修补组织”的命令。最终的结果,就是肌肉和脂肪一点一点流失,使宿主变得衰弱乃至死亡。

而在宿主被病菌感染的关头,这些大肠杆菌会从离开肠道,转移到脂肪组织中去“曲线救国”。它们能够“叫醒”沉睡的炎性体蛋白,让它促使身体启动炎症反应;同时也提醒机体分泌更多的IGF-1,从而发出信号及时修补在炎症中受损的组织。这样,自己的宿主小鼠最终能免于衰弱,它们也得以继续安居肠道之中。

这样的英雄细菌能不能被用于挽救同样受衰弱和肌肉萎缩困扰的病人?我们现在还不得而知。不过,在抗生素滥用的恶果已经彰显的背景之下,这项发现为我们提供了对抗疾病的新思路:我们的新武器不见得要能直接杀灭病菌,但可以帮助我们减轻感染对身体造成的危害。而这样的“超级英雄”,或许有一天会从我们肠道里那些默不作声的住客中宣告诞生。

(编辑:Calo)

参考文献:

  1. Alexandria M. Palaferri Schieber, Disease tolerance mediated by microbiome E. coli involves inflammasome and IGF-1 signaling. Science 2015: Vol. 350 no. 6260 pp. 558-563 DOI: 10.1126/science.aac6468
(责任编辑:泉水)
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