水螅（Hydra）彌散的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中一簇神經(jīng)元正在表達神經(jīng)肽（綠色），通過特異性抗體能看見實現(xiàn)這些神經(jīng)肽的可視化。其中，神經(jīng)元的細胞核被標記成洋紅色。圖片來源：Alexander Klimovich

各種消化道疾病如人類嚴重的腸道炎癥，均與腸道自然蠕動的紊亂密切相關(guān)。目前，科學家還不清楚腸道蠕動是如何控制的，而作為“起搏器”的神經(jīng)細胞又是如何與微生物一起發(fā)揮功能的。

基爾大學（Kiel University）的一個細胞和發(fā)育生物學課題組，首次以淡水水螅（Hydra）為例，證明神經(jīng)系統(tǒng)上的神經(jīng)元能直接與腸道中的細菌相互交流，在某種程度上類似于免疫系統(tǒng)的作用機制。在此基礎(chǔ)上，他們提出了這樣的假設(shè)：在演化開始時，神經(jīng)系統(tǒng)不僅接管感覺和運動功能，而且還負責與微生物交流。由基爾大學的Thomas Bosch教授領(lǐng)導的研究團隊與國際合作者在《美國科學院院報》（PNAS）上，聯(lián)合發(fā)表了這一研究結(jié)果。

研究人員觀察了淡水水螅較為古老、簡單的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。這種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在功能上與脊椎動物中控制消化道運動的腸道神經(jīng)系統(tǒng)相似。研究人員獲得兩項重要的發(fā)現(xiàn)：第一，他們首次成功鑒別出水螅的神經(jīng)系統(tǒng)中負責胃腔節(jié)律性收縮的神經(jīng)細胞。

淡水水螅有一個較為古老和簡單的神經(jīng)系統(tǒng)。它由起搏器神經(jīng)元組成，驅(qū)動水螅的身體有節(jié)奏地自發(fā)收縮。圖片來源：Alexander Klimovich

這一發(fā)現(xiàn)還得益于與墨爾本莫納什大學Mauro D’Amato教授領(lǐng)導的人類醫(yī)藥研究小組的密切合作。后者在一項對腸道易激綜合征(Irritable Bowel Syndrome)患者樣本的高通量研究中，發(fā)現(xiàn)了可能導致人類腸道蠕動紊亂的基因?；谶@一研究，Thomas Bosch的研究團隊檢測了水螅中這些基因活躍表達的細胞。令人驚訝的是，他們確實在水螅古老的神經(jīng)系統(tǒng)的一小簇神經(jīng)細胞中，發(fā)現(xiàn)了這些基因的表達。

當他們阻斷水螅中這些基因的活性時，水螅節(jié)律性地身體收縮急劇減少。Thomas Bosch教授等因此證明這些細胞確實是控制身體蠕動的起搏器細胞。由于這些基因最初是在IBS患者的樣本中發(fā)現(xiàn)的，Thomas Bosch教授等懷疑在動物演化早期，這些神經(jīng)元是中央控制單元，能調(diào)節(jié)復雜的身體功能。

而Thomas Bosch教授等發(fā)現(xiàn)的第二個驚人的結(jié)果是：對水螅個體神經(jīng)細胞詳細的分子遺傳分析表明，它們能利用先天免疫系統(tǒng)等對共生菌的密度和組成產(chǎn)生直接影響。眾所周知，微生物群缺失或被破壞，對腸道收縮的頻率和規(guī)律會有顯著的影響。而如今這項研究清楚地表明，這個過程受到一個較為古老的神經(jīng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)，而在該系統(tǒng)中，特定神經(jīng)元和共生菌之間的雙向通信起著核心作用。

文章的第一作者、Alexander Klimovich博士解釋說：“我們的觀察表明，神經(jīng)細胞能夠感知微生物，并對它們作出反應(yīng)。在這一過程中，神經(jīng)元利用了類似在其他動物的免疫細胞表面發(fā)現(xiàn)的受體?！北患せ畹钠鸩骷毎?span id="f6u6so8" class="bjh-strong">能釋放一些分子如抗菌肽，它們反過來會影響一些微生物的生存。

在隨后的研究中，Thomas Bosch教授等比較了在小鼠和線蟲的起搏器神經(jīng)元中發(fā)揮作用的分子。他們發(fā)現(xiàn)，起搏器細胞和微生物的交流也可能發(fā)生在其它物種體內(nèi)。更詳細的分析表明，小鼠腸道中的起搏器細胞也能利用一些免疫受體，以相同的方式與微生物進行交流。

Klimovich強調(diào)：“基于上述的研究，我們推測神經(jīng)元和微生物之間的交流方式，在演化上是高度保守的。而這種交流方式可能在6.5億年前首先在水螅中演化出來?！?/span>

Thomas Bosch教授等這項發(fā)現(xiàn)為證明神經(jīng)系統(tǒng)在最初就能與共生微生物密切交流，提供了強有力的證據(jù)。他強調(diào)說：“我們可能需要重新思考免疫系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)的演化歷程。對水螅的研究表明，即使是最古老的神經(jīng)系統(tǒng)也能與微生物相互作用。神經(jīng)細胞的演化可能是需要與微生物進行交流，而這個過程對身體十分重要?！?/span>

如果這一假設(shè)成立，它將能為由腸道活力受損引起的人類腸道疾病發(fā)展和后期治療，提供一個全新的視角。因為微生物群狀態(tài)與腸道蠕動紊亂之間的相關(guān)性也可能存在于人體中，Bosch表示：“未來我們還必須考慮神經(jīng)細胞在炎癥性腸道疾病的發(fā)展和治療中的作用?！倍芯咳藛T越了解神經(jīng)細胞在疾病發(fā)展進程中的作用，就越能對促進健康的腸道運動的微生物群進行密切的干預，從而治療慢性腸道疾病。

翻譯 | 胡舒昶

審校 | 巢栩嘉 石云雷

來源：環(huán)球科學