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讓你痛不欲生,讓免疫系統(tǒng)束手就擒!哈佛華裔科學家破解病原菌劫持人體神經系統(tǒng)的陰謀

摘要:“噬肉菌”(化膿性鏈球菌,Streptococcuspyogenes)每年在全球范圍內導致20萬人死亡。這個菌有個奇葩的特點:相比于其他細菌感染,“噬肉菌”感染格外的疼,疼得讓人難以忍受。

疼痛,雖然令人不適,但它確實是一種人體保護機制。

不管是吸貓時手被貓咬了,還是出門時頭被門擠了,我們都知道趕緊縮回來。

不僅如此,當病原物入侵時,相應部位的疼痛感也會很快讓我們意識到,那里出問題了,要去看醫(yī)生了。不過這個過程稍復雜。

在很長的一段時間里,科學家認為,入侵的病原菌被人體免疫細胞識別,免疫細胞在召集更多免疫細胞的時候,還會激活周圍的痛覺神經細胞[1]。痛覺神經細胞一邊把一線的戰(zhàn)況匯報給最高指揮部大腦,一邊分泌一些信號分子,在一定程度上控制免疫細胞的活性,避免它們變得像綠巨人浩克那樣殺敵八百自損三千。

所以,病原菌入侵時,由免疫細胞引起的疼痛對人體也是一種保護。

不過,科學家也有想不明白的地方。

“噬肉菌”(化膿性鏈球菌,Streptococcuspyogenes)每年在全球范圍內導致20萬人死亡。這個菌有個奇葩的特點:相比于其他細菌感染,“噬肉菌”感染格外的疼,疼得讓人難以忍受。所以在診斷“噬肉菌”引起的壞死性筋膜炎時,疼痛也是一個重要指標。

“噬肉菌”感染為什么那么疼?對“噬肉菌”的致病性有什么作用嗎?

近日,哈佛醫(yī)學院的IsaacChiu博士(數學家丘成桐之子)團隊揭開了這個謎團[2]。原來“噬肉菌”可以分泌一種毒素,這個毒素可以不經過免疫細胞直接激活痛覺神經元。

“噬肉菌”的這一舉動產生了兩個后果,一是讓被感染者痛不欲生;二是被激活的痛覺神經元大量產生抑制免疫細胞的信號分子,導致人體免疫系統(tǒng)被抑制。簡單的說就是,越疼免疫系統(tǒng)被抑制的越厲害。

正是這個原因,讓“噬肉菌”引起的壞死性筋膜炎殺傷力巨大,即使是在西方發(fā)達國家,壞死性筋膜炎的死亡率也高達32%[3]。

令人興奮的是,Chiu博士不僅揭開了“噬肉菌”致疼的謎團,還找到了破解“噬肉菌”劫持神經系統(tǒng)抑制免疫系統(tǒng)的方法。已獲FDA批準用于化妝品和偏頭疼治療的肉毒桿菌神經毒素A(BoNT/A),以及FDA正在審批的CGRP阻斷劑(近日,FDA已經批準了Aimovig用于治療偏頭疼),就可以解除“噬肉菌”利用痛覺神經對免疫系統(tǒng)的抑制。

Chiu博士團隊的這一重要發(fā)現,于近期發(fā)表在頂級期刊《細胞》上[2]。

病原菌能劫持人體神經系統(tǒng),這看上去有些不可思議。實際上在2012年之前,幾乎沒人會這樣想。更不會有人想到病原菌竟可以通過讓宿主感覺到疼,去抑制宿主的免疫系統(tǒng)。

2011年的某一天,免疫學博士IsaacChiu和他的搭檔ChristianA.VonHehn在研究感染過程中神經系統(tǒng)與免疫系統(tǒng)如何相互作用的時候,偶然發(fā)現一個奇怪的現象。

當他們往培養(yǎng)著免疫細胞和神經細胞的培養(yǎng)液中加入病原菌(當時他們的實驗材料是金黃色葡萄球菌)的時候,神經細胞立即就感受到了細菌的存在。這應該是科學家第一次看到病原菌與神經細胞的互動。

在當時看來,這很神奇啊。

畢竟之前我們一直認為,病原物入侵后,先被免疫細胞識別,免疫細胞在識別病原物之后再通知神經元,被激活的神經元一方面給大腦傳遞信號,匯報被入侵的位置,同時釋放一些信號蛋白,作用于免疫細胞,讓它們悠著點,保持冷靜克制。然后在這種動態(tài)的平衡中,實現消滅病原物,而不對身體造成更大的傷害。按理說,最先有反應的應該是免疫細胞才對。

這個現象,讓Chiu博士和VonHehn對病原菌與神經細胞之間的“互動”產生了興趣。于是他們決定用金黃色葡萄球菌刺激下神經細胞一探究竟。

結果很讓他們吃驚,金黃色葡萄球菌可以不通過免疫細胞,直接激活神經細胞調節(jié)疼痛和炎癥。2013年8月,他們這項顛覆性研究成果發(fā)表在《自然》雜志上[4]。也就是這篇文章,開啟了病原菌與神經系統(tǒng)互動的大門。

當時,Feinstein醫(yī)學研究所的免疫學家和神經外科醫(yī)生KevinTracey表示,這個研究最刺激的地方在于,“病原菌被神經系統(tǒng)感知到了”,而且它們之間有互動,這不是普通的化學物質致疼那么簡單。

這個研究做完之后,Chiu博士腦子冒出的想法就是,金黃色葡萄球菌與神經系統(tǒng)之間的這種互動,與它的致病能力有關嗎?很快他又啟動了對這個問題的研究。

終于,他們在2017年證實,小鼠在感染金黃色葡萄球菌后,黃色葡萄球菌會“劫持”肺部感覺疼痛的神經元,促使痛覺感受器釋放一種名為CGRP的神經肽,這種神經肽可以抑制肺召集中性粒細胞和γδT細胞等免疫細胞的能力。

他們還發(fā)現,僅通過清除感染部位的痛覺神經元,就可以使小鼠抗感染的能力增強10倍,讓95%的感染致命肺炎的小鼠“不治自愈”,這項研究成果今年年初發(fā)表在《自然醫(yī)學》上[5]。這個研究暗示,破除病原菌與神經系統(tǒng)的互動,可以解除病原菌對免疫系統(tǒng)的抑制,達到治療感染的目的。

從時間上來看,Chiu團隊本次發(fā)表在《細胞》上的“噬肉菌”研究與上面那個應該是同時進行的。這篇發(fā)表在《細胞》上的文章又往前邁出了一步,不僅機制闡釋的更細致;更重要的是,研究人員真的找到了一種可以解除病原菌通過神經系統(tǒng)抑制免疫系統(tǒng)的方法,而且涉及的藥物,有的已經獲FDA批準,這無疑為這些藥物快速進入臨床應用打下堅實的理論基礎。

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