2022年3月7日訊/生物谷BIOON/---在為身體提供氧氣的重要功能中，肺部通過一個大的交換面與外界環(huán)境相連接。在肺組織和外界空氣之間的這個邊界居住著一種特殊的微生物菌群，即所謂的肺部微生物組（lung microbiome）。這種微生物組的確切功能在以前幾乎沒有被研究過。
在一項新的研究中，由德國哥廷根大學(xué)學(xué)醫(yī)學(xué)中心神經(jīng)免疫學(xué)與多發(fā)性硬化癥研究所的Alexander Flügel教授和Francesca Odoardi教授領(lǐng)導(dǎo)的一個研究團隊發(fā)現(xiàn)肺部微生物組與大腦之間存在密切關(guān)系。他們發(fā)現(xiàn)，肺部微生物組能調(diào)節(jié)小膠質(zhì)細胞---大腦的免疫細胞---的活性。這個新確定的肺-腦軸（lung-brain axis）對疾病過程具有重要意義：肺部微生物組的確切組成決定了在大腦中發(fā)生自身免疫性炎癥的易感性，如在多發(fā)性硬化癥中發(fā)生的那樣。相關(guān)研究結(jié)果近期發(fā)表在Nature期刊上，論文標題為“The lung microbiome regulates brain autoimmunity”。
這項新的研究指出了肺部和大腦之間新的、意想不到的功能聯(lián)系。這種聯(lián)系是由當(dāng)?shù)氐姆尾课⑸锝M調(diào)節(jié)的，它顯然在不斷地向小膠質(zhì)細胞---大腦的“免疫細胞”---發(fā)出信號。
論文第一作者、哥廷根大學(xué)學(xué)醫(yī)學(xué)中心神經(jīng)免疫學(xué)與多發(fā)性硬化癥研究所的博士后研究員Leon Hosang博士說，“小膠質(zhì)細胞根據(jù)這些微生物信號調(diào)整它們自身的免疫反應(yīng)能力，因此可以對即將到來的威脅做出快速反應(yīng)?！監(jiān)doardi教授解釋說，“因此，肺部微生物組可以被看作是敏感的腦組織的早期預(yù)警系統(tǒng)。”這可能對我們的健康產(chǎn)生影響：肺部感染、治療性操作（抗生素治療）、污染和氣候變化都會對肺部微生物組產(chǎn)生影響，從而影響大腦的免疫反應(yīng)性。
操縱肺部微生物群影響中樞神經(jīng)系統(tǒng)自身免疫，圖片來自Nature,2022,doi:10.1038/s41586-022-04427-4。
Flügel教授說，“關(guān)于肺-腦軸的這種新知識有可能用于治療?！彼^續(xù)說，“例如，可能使用一定劑量的益生菌或特定的抗生素來有針對性地影響大腦的免疫反應(yīng)，以便不僅治療多發(fā)性硬化癥，而且治療小膠質(zhì)細胞的免疫活性參與其中的中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病?！?
背景信息：肺部和大腦
肺部在大腦的疾病過程中可以發(fā)揮重要作用。例如，肺部感染和吸煙會增加患多發(fā)性硬化癥的風(fēng)險。這種疾病屬于自身免疫性疾病：免疫系統(tǒng)中的T細胞攻擊身體自身的腦組織，并在那里造成持久的損害，這可能導(dǎo)致嚴重的神經(jīng)系統(tǒng)缺陷。到目前為止，為何以及如何讓肺部參與調(diào)節(jié)大腦的自身免疫過程一直是個謎。
畢竟，肺部的主要功能是提供氧氣，為此，它的組織為我們呼吸的空氣形成一個面積超過100平方米的交換區(qū)。誠然，這種與外界環(huán)境的巨大接觸面積需要專門的免疫保護，以抵御危險的入侵者，如病毒或細菌，但公認的理解是，身體的主要免疫反應(yīng)首先發(fā)生在專門的免疫器官，如淋巴結(jié)或脾臟。在這些器官中，所有的細胞和可溶性免疫因子都存在，以啟動和調(diào)節(jié)不僅針對入侵者而且也針對身體自身組織的免疫反應(yīng)。
肺部微生物組的變化影響了大腦對自身免疫性炎癥的易感性
對于肺部如何影響大腦的自身免疫反應(yīng)這一問題，這些作者如今找到了令人驚訝的答案。他們發(fā)現(xiàn)，肺部組織和呼吸道空氣接觸區(qū)域上的細菌菌落，即所謂的肺部微生物組，它在其中發(fā)揮了特殊的作用。人體與外界的每一個接觸面都有細菌的存在。雖然人們對腸道和皮膚微生物組的組成很了解，但對肺部微生物組的研究卻相對較少。事實上，長期以來，人們認為肺部是無菌的，換句話說，根本就沒有細菌群體。事實上，肺部確實有一定數(shù)量的微生物，但與腸道相比，這個數(shù)量很低（小了108倍）。當(dāng)他們發(fā)現(xiàn)，僅僅通過局部施加小劑量的抗生素對這種微生物菌群進行少量操作，就足以強烈地改變大腦對自身免疫性疾病的易感性，這就更讓人驚訝了。
肺部細菌的細胞壁成分調(diào)節(jié)小膠質(zhì)細胞
肺部微生物組是如何在像大腦這樣遙遠的器官中對自身免疫性疾病實施這種影響的？這些作者像偵探一樣追尋這個問題的答案，進一步調(diào)查這種影響在哪些地方發(fā)生作用，哪些地方受到影響，哪些細菌信號對這種細胞調(diào)節(jié)施加影響。他們發(fā)現(xiàn)，攻擊點不在肺部或身體的其他免疫器官，而是直接在腦組織本身。在那里，在進行抗生素介導(dǎo)的肺部微生物組操縱后，他們在大腦的小膠質(zhì)細胞中觀察到了可測量的變化，這些變化甚至可以在顯微鏡下觀察到。與其他腦細胞相比，小膠質(zhì)細胞是細小的分支細胞，它們不斷地用其精細的細胞突起掃描周圍環(huán)境，以尋找致病原帶來的損害或危險，而一旦發(fā)現(xiàn)，就像身體其他區(qū)域的免疫細胞一樣，發(fā)出警報并召喚免疫幫助。
在肺部服用抗生素后，小膠質(zhì)細胞的分支更短更粗，小膠質(zhì)細胞對炎癥信號的反應(yīng)更弱，導(dǎo)致免疫細胞更少地被招募到發(fā)炎腦組織。這為易受自身免疫性炎癥易感性的變化提供了一個很好的解釋。在最后一步，這些作者尋找可能引發(fā)這種“小膠質(zhì)細胞癱瘓（microglial paralysis）”的細菌信號。在哥廷根大學(xué)醫(yī)學(xué)中心生物系微生物研究所的科學(xué)家們的幫助下，他們對肺部細菌的分析提供了重要線索。這些分析表明，那些產(chǎn)生特定細胞壁成分---脂多糖---的細菌在服用抗生素后，在肺部組織中的積累更加強烈。脂多糖數(shù)量的增加確實引發(fā)了觀察到的小膠質(zhì)細胞癱瘓和自身免疫抵抗。然而，減少肺部的脂多糖會導(dǎo)致相反的結(jié)果：自身免疫性疾病加重。（生物谷Bioon.com）
參考資料：
Leon Hosang et al.The lung microbiome regulates brain autoimmunity.Nature,2022,doi:10.1038/s41586-022-04427-4.
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