研究人员研究神经细胞是否进化到可以与微生物交谈

消化道的各种疾病，例如人类严重的肠道炎症，都与肠道自然活动障碍密切相关。微生物的作用是什么?天然的微生物群落定植在消化道中，在这些有节奏的肠道收缩中发挥作用，也被称为蠕动，目前是深入研究的课题。尤其不清楚的是收缩是如何被控制的，以及神经系统中充当起搏器的细胞是如何与微生物一起工作的。

基尔大学细胞与发育生物学小组的一个研究小组现在首次成功地以淡水水螅为例，证明了系统发育上的旧神经元和细菌实际上是直接相互交流的。令人惊讶的是，他们发现神经细胞能够通过免疫受体与微生物进行交叉对话，即在某种程度上与免疫系统的机制进行交叉对话。

在此基础上，协同研究中心(CRC) 1182“mettaorganisms的起源和功能”的科学家们提出了假设神经系统它不仅从进化开始就接管了感觉和运动功能，而且还负责与微生物的交流。基尔大学的研究人员托马斯·博斯教授和国际同事今天在该杂志上发表了他们的研究结果美国国家科学院院刊（PNAS）.

对一个简单而古老的神经系统的观察

研究小组研究了古代淡水水螅类的简单神经网络。这种神经网络在功能上类似于脊椎动物控制消化道运动的所谓肠道神经系统。CRC1182的研究人员进行了两个重要的观察。首先，他们首次成功地确定了九头蛇神经系统中负责胃腔节律性收缩的细胞。

这一发现的关键是与澳大利亚墨尔本莫纳什大学的Mauro D'Amato教授领导的人类医学研究小组的密切合作。在对肠易激综合征(IBS)患者样本材料的高通量研究中，澳大利亚研究人员发现了可能导致人类肠道蠕动障碍的基因。在此基础上，Thomas Bosch的研究小组检查了Hydra中这些基因活跃的细胞。令人惊讶的是，基尔大学的研究人员在这个古老神经系统的一小群神经细胞中发现了它们。

当他们阻断九头蛇体内这些基因的活动时，立即导致有节奏的身体收缩急剧减少。因此，基尔大学的科学家们能够证明这些确实是控制蠕动的起搏器细胞。由于这些基因最初是在IBS患者的人类样本中发现的，基尔大学的研究人员怀疑这些神经元是动物进化早期出现的中央控制单元，用于调节复杂的身体功能。

此外，基尔研究小组的研究还得出了第二个同样令人惊讶的结果。对Hydra单个神经细胞的详细分子遗传分析表明，它们利用先天免疫系统的工具对共生细菌的密度和组成产生直接影响。我们已经知道，微生物组的缺失或破坏对宫缩的频率和规律产生重大影响。这项新的研究现在明确了，这是一个系统发育的古老调节系统，其中某些神经元和共生细菌之间的双向通信起着核心作用。

“我们的观察表明，神经细胞能够感知微生物并对它们做出反应，”细胞与发育生物学小组的科学家、CRC 1182成员亚历山大·克里莫维奇博士解释说。该研究的第一作者继续说道:“为此，神经元使用了在其他动物的免疫系统细胞中发现的受体。”激活的起搏器细胞会释放某些分子，如抗菌肽，这些分子反过来对特定微生物的存在或不存在有很强的影响。

在随后的调查中，Kiel研究小组将小鼠和线虫中起搏器神经元的分子工具包与九头蛇中发现的情况进行了比较。他们发现，起搏器细胞和微生物的交流也可能发生在其他生物体内。更详细的分析表明，例如，小鼠肠道中的起搏器细胞也具有以类似方式与微生物交流的免疫受体。

克里莫维奇强调说:“因此，我们认为神经元和微生物之间通过免疫受体的交流是进化上高度保守的基本原则。”克里莫维奇说:“神经系统和微生物组之间的这种联系可能是在大约6.5亿年前在九头蛇身上首次形成的。”

一个新的假设

因此，基尔研究小组的发现提供了强有力的证据，证明神经系统的出现从一开始就与共生微生物密切相关。“我们可能不得不重新思考免疫和神经系统的进化，”基尔细胞和发育生物学小组负责人、CRC 1182的发言人博世强调说，“对九头蛇的调查表明，即使是进化中最古老的神经系统也与微生物相互作用。神经细胞有可能进化到能够与对身体非常重要的微生物交流，”博世继续说。

如果这一假设成立，也为肠道运动障碍引起的人类肠道疾病的发展和未来治疗开辟了全新的视角。这是因为微生物群的状态和肠道蠕动紊乱之间的相关性很可能也存在于人类身上。因此，在未来，我们还必须考虑神经的作用细胞在炎症性肠病的发展和治疗中发挥重要作用。”研究人员越了解它们在疾病发展中的作用，对微生物组的治疗干预就越密切，从而可以促进健康的肠道运动，从而治疗慢性肠道疾病。