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

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

基爾大學(xué)（Kiel University）的一個(gè)細(xì)胞和發(fā)育生物學(xué)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(xì)菌相互交流，在某種程度上類似于免疫系統(tǒng)的作用機(jī)制。在此基礎(chǔ)上，他們提出了這樣的假設(shè)：在演化開始時(shí)，神經(jīng)系統(tǒng)不僅接管感覺和運(yùn)動(dòng)功能，而且還負(fù)責(zé)與微生物交流。由基爾大學(xué)的Thomas Bosch教授領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)與國(guó)際合作者在《美國(guó)科學(xué)院院報(bào)》（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(jiǎn)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(dòng)物中控制消化道運(yùn)動(dòng)的腸道神經(jīng)系統(tǒng)相似。研究人員獲得兩項(xiàng)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(fù)責(zé)胃腔節(jié)律性收縮的神經(jīng)細(xì)胞。

淡水水螅有一個(gè)較為古老和簡(jiǎn)單的神經(jīng)系統(tǒng)。它由起搏器神經(jīng)元組成，驅(qū)動(dòng)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(xué)Mauro D’Amato教授領(lǐng)導(dǎo)的人類醫(yī)藥研究小組的密切合作。后者在一項(xiàng)對(duì)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(dǎo)致人類腸道蠕動(dòng)紊亂的基因?；谶@一研究，Thomas Bosch的研究團(tuán)隊(duì)檢測(cè)了水螅中這些基因活躍表達(dá)的細(xì)胞。令人驚訝的是，他們確實(shí)在水螅古老的神經(jīng)系統(tǒng)的一小簇神經(jīng)細(xì)胞中，發(fā)現(xiàn)了這些基因的表達(dá)。

當(dāng)他們阻斷水螅中這些基因的活性時(shí)，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(xì)胞確實(shí)是控制身體蠕動(dòng)的起搏器細(xì)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(dòng)物演化早期，這些神經(jīng)元是中央控制單元，能調(diào)節(jié)復(fù)雜的身體功能。

而Thomas Bosch教授等發(fā)現(xiàn)的第二個(gè)驚人的結(jié)果是：對(duì)水螅個(gè)體神經(jīng)細(xì)胞詳細(xì)的分子遺傳分析表明，它們能利用先天免疫系統(tǒng)等對(duì)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(duì)腸道收縮的頻率和規(guī)律會(huì)有顯著的影響。而如今這項(xiàng)研究清楚地表明，這個(gè)過程受到一個(gè)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(xì)胞能夠感知微生物，并對(duì)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(dòng)物的免疫細(xì)胞表面發(fā)現(xiàn)的受體?！北患せ畹钠鸩骷?xì)胞能釋放一些分子如抗菌肽，它們反過來會(huì)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(xì)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(xì)的分析表明，小鼠腸道中的起搏器細(xì)胞也能利用一些免疫受體，以相同的方式與微生物進(jìn)行交流。

Klimovich強(qiáng)調(diào)：“基于上述的研究，我們推測(cè)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(xiàng)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(qiáng)有力的證據(jù)。他強(qiáng)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(duì)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(xì)胞的演化可能是需要與微生物進(jìn)行交流，而這個(gè)過程對(duì)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(gè)全新的視角。因?yàn)槲⑸锶籂顟B(tài)與腸道蠕動(dòng)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(xì)胞在炎癥性腸道疾病的發(fā)展和治療中的作用。”而研究人員越了解神經(jīng)細(xì)胞在疾病發(fā)展進(jìn)程中的作用，就越能對(duì)促進(jìn)健康的腸道運(yùn)動(dòng)的微生物群進(jìn)行密切的干預(yù)，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(xué)