Sci Adv：类器官研究揭示消化系统对神经疾病的影响
来源：本站原创 2021-01-30 21:35
在许多方面，我们的大脑与消化道紧密相连：感到紧张可能会导致胃部疼痛，而肠道的饥饿信号会使我们感到烦躁。最近的研究甚至表明，生活在我们肠道中的细菌会影响某些神经系统疾病。
2021年1月30日讯/生物谷BIOON/---在许多方面，我们的大脑与消化道紧密相连：感到紧张可能会导致胃部疼痛，而肠道的饥饿信号会使我们感到烦躁。最近的研究甚至表明，生活在我们肠道中的细菌会影响某些神经系统疾病。
在动物（如小鼠）中对这些复杂的相互作用进行建模非常困难，因为它们的生理学与人类的生理学有很大不同。为了帮助研究人员更好地理解肠脑轴，麻省理工学院的研究人员开发了一种“芯片上的器官”系统，该系统复制了大脑，肝脏和结肠之间的相互作用。 使用该系统，研究人员能够模拟生活在肠道中的微生物对健康的大脑组织和帕金森氏病患者的组织样本的影响。
他们发现，肠道中微生物产生的短链脂肪酸被运输到大脑，对健康和患病的脑细胞产生不同的影响。 麻省理工学院的博士后Martin Trapecar说：“虽然短链脂肪酸在很大程度上有益于人类健康，但我们观察到它们在某些条件下会进一步加剧某些与帕金森氏病有关的脑部疾病，例如蛋白质错误折叠和神经元死亡。”该研究的主要作者。 这篇论文的主要作者是Linda Griffith，同时也是生物工程和机械工程教授，相关结果最近发表在《Science Advance》杂志上。
近年来， Griffith的实验室一直在开发微生理系统，可用于生长通过微流体通道连接的不同器官的工程组织模型。Griffith说，在某些情况下，这些模型可以提供比动物模型更准确的人类疾病信息。 在去年发表的一篇论文中，作者使用了微生理系统来模拟肝脏和结肠之间的相互作用。在该研究中，他们发现肠道中微生物产生的分子短链脂肪酸（SCFA）在某些情况下可加剧与溃疡性结肠炎相关的自身免疫炎症。 SCFA，包括丁酸酯，丙酸酯和乙酸酯，也可以对组织产生有益作用，包括增强免疫耐受性。
（图片来源：Www.pixabay.com）
在这项新研究中，麻省理工学院的研究小组决定将大脑和循环免疫细胞添加到他们的多器官系统中。为此，他们与Whitehead研究所的Jaenisch实验室合作。 Jaenisch以前已经开发出一种方法，可以将帕金森氏病患者的成纤维细胞转化为多能干细胞，然后将其诱导分化为不同类型的脑细胞-神经元，星形胶质细胞和小胶质细胞。 麻省理工学院的研究人员将其用于帕金森氏症模型的细胞携带一种突变，该突变导致一种称为α突触核蛋白的蛋白质蓄积，从而损害神经元并引起脑细胞炎症。 Jaenisch的实验室还产生了已纠正此突变的脑细胞。 Griffith和Trapecar首先在微生理系统中研究了这两组脑细胞，，经过校正的细胞显示出更多的炎症。帕金森氏细胞的脂质和胆固醇代谢能力也相对受损。
然后，研究人员建立了免疫细胞和营养物质（包括SCFA）在它们之间流动的通道，将脑细胞连接到结肠和肝脏组织。他们发现，对于健康的脑细胞而言，接触SCFA是有益的，并有助于它们成熟。但是，当帕金森氏病患者的脑细胞暴露于SCFA时，其有益作用就消失了。相反，细胞出现更高水平的蛋白质错误折叠和细胞死亡。
即使从系统中删除了免疫细胞，也可以看到这些作用，导致研究人员假设这些作用是由脂质代谢的变化介导的。Trapecar说：“短链脂肪酸似乎可以通过影响脂质代谢而不是直接影响某些免疫细胞群而影响神经退行性疾病。”（生物谷 Bioon.com）
资讯链接："Human hysiomimetic model integrating microphysiological systems of the gut, liver and brain for studies of neurodegenerative diseases" Science Advances (2021). advances.sciencemag.org/lookup … .1126/sciadv.abd1707
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