2020年11月18日

小鼠研究表明,肠道细菌如何帮助抵御病毒,使动物对感染具有抵抗力

信用:CC0公共领域

肠道微生物组在疾病和健康中的作用已得到充分确立。然而,尚不清楚我们肠道中存在的细菌如何保护我们免受病毒感染。

现在,哈佛医学院的研究人员首次描述了这是如何在小鼠中发生的,并确定了肠道微生物的特定种群,这些种群可以调节对抵御病毒入侵者的局部和全身免疫应答。

该作品于11月18日发表在 细胞,指出一组肠道微生物及其中的特定物种, 释放称为1型干扰素的抗病毒化学物质。研究人员进一步确定了该分子中许多肠道细菌共有的精确分子,该分子可以解除免疫保护级联反应。研究人员指出,该分子并不难分离,并可能成为增强人类抗病毒免疫力的药物的基础。

研究小组警告说,该结果仍有待进一步的动物研究证实,然后再在人体中重复使用,但研究结果表明,该新方法可帮助增强人们的抗病毒免疫力。

“鉴于干扰素在疾病和健康中所起的关键作用,我们鉴定出一种可以诱导干扰素保护性信号的细菌分子,这为开发可增强抗病毒免疫力以降低患病风险的治疗性化合物提供了一种有希望的新方法。 ”,研究的资深作者,哈佛医学院布拉瓦特尼克研究所(Blavatnik Institute)免疫学教授Dennis Kasper说。

像其他哺乳动物一样,人体被数以万计的微生物(细菌,病毒,真菌)定居,这些微生物统称为共生微生物群。目前的估计表明,大约有 在人类体内,细菌基因比人类基因大约多一百倍,而人类基因绝大多数位于下消化道。

在出生后不久,所有人类中都存在在缺乏主动感染的情况下提供抗病毒保护的低水平干扰素信号传导,但目前尚不清楚该信号传导的位置和方式。这项工作为这种现象提供了解释,表明这种保护性反应是由结肠壁中的免疫细胞引起的。这项工作表明,这些细胞在受到特定肠道细菌膜上的表面分子刺激时会释放保护性干扰素。

在细胞和动物中进行的一系列实验中,研究人员发现存在于大多数人肠道中的一种微生物脆弱的拟杆菌(Bacteroides fragilis)会引发信号级联反应,从而诱导结肠中的免疫细胞释放一种称为干扰素-β的蛋白质。 ,一种重要的免疫化学物质,可通过两种方式提供抗病毒保护:它诱导病毒感染的细胞自毁,并刺激其他类型的免疫细胞攻击病毒。

具体而言,实验表明,驻留在细菌表面的分子通过激活所谓的TLR4-TRIF信号通路触发了干扰素-β的释放。该细菌分子刺激由固有免疫系统一部分的九种toll样受体(TLR)之一启动的免疫信号通路。当免疫细胞表面的蛋白质识别出各种传染性生物体表面上某些特定的分子模式,并通过九种通行费样受体途径之一对这些入侵者进行免疫防御时,该途径就会被激活。

Kasper小组进行的实验表明,当脆弱芽孢杆菌的表面分子通过其TLR-4 TRIF受体与结肠免疫细胞通信以分泌排斥病毒的干扰素-β时,脆弱芽孢杆菌会解锁这些信号传导途径之一。

因为解锁该级联反应的特定表面分子不是脆弱类芽孢杆菌所独有的,而且还存在于同一家族的其他多种肠道细菌中,所以研究人员测试了携带该分子的其他细菌是否可以触发类似的免疫信号。在一组小鼠中进行的一项实验子集表明,在其他多种拟杆菌属细菌家族中发现的含有该分子的膜,可以成功地引发类似的信号传导-这一发现表明,广泛的肠道细菌普遍具有更广泛的免疫保护信号传导。

为了确定脆弱的芽孢杆菌是否能保护动物免受感染,研究人员测试了两组小鼠,一组用抗生素处理以消耗其肠道菌群,而另一组则用完整的肠道菌群。接下来,研究人员将经过处理和未经处理的动物暴露于水疱性口炎病毒(VSV),这种病毒可感染几乎所有哺乳动物,但在人类中可导致无症状感染。与未接受抗生素且肠道菌群完整的小鼠相比,经抗生素治疗的肠道菌群枯竭的动物在暴露于病毒后更有可能发生主动感染,并且当感染时病情更糟。结果表明肠道微生物在诱导保护性干扰素-β信号传导和增强对病毒感染的天然抵抗力中的作用。有趣的是,缺乏干扰素-β受体的小鼠之间没有差异,无论它们的肠道菌群是否耗尽。观察结果证实,共生菌正是通过干扰素-β信号传导发挥其保护作用。

最后,研究是否在体内触发了干扰素信号传导的脆弱芽孢杆菌表面分子 还可以调节动物对病毒感染的反应,研究人员给动物体内的微生物群消耗了纯净的饮用水。几天后,将动物暴露于VSV时,用该分子预处理的动物的感染明显温和,并且与具有完整肠道菌群和完整免疫防御力的小鼠的存活率相同。

研究结果表明,补充这种共生微生物分子足以恢复肠道微生物耗竭动物体内整个微生物群的保护作用。 .

更多信息: 细胞 (2020)。 DOI:10.1016 / j.cell.2020.10.047

期刊信息: 细胞

由...提供 哈佛医学院

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