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Nature:细菌感染会破坏嗅觉

当有人食物中毒时,他们可能要过一段时间才会想吃让他们再次生病的东西,果蝇也是如此。在7月21日发表在《自然》杂志上的一项研究中,研究人员确定,在肠道细菌感染后,果蝇大脑中的神经胶质细胞和神经元以一种抑制嗅觉并保护动物不再吃病原体的方式进行交流。

慕尼黑工业大学的神经科学家Ilona Grunwald Kadow(没有参与这项研究)说,这些作者“揭示了一种在遗传、神经元和有机体水平上将肠道细菌与行为联系起来的机制”。“这可能是我们肠道中好坏微生物影响我们大脑的基本方式之一。”

之前的研究表明,衰老的果蝇会经历炎症的急剧增加。例如,在肠道中,细菌失调(共生菌群随着年龄的变化而变化)导致了上皮细胞损伤的积累,导致了炎症细胞因子的释放,可能与神经退行性变有关。Grunwald Kadow的研究小组在2018年开展的一项研究显示,随着年龄的增长,果蝇的嗅觉会逐渐丧失。对于研究小组来说,这似乎是一个很好的系统,可以用来测试肠道中与年龄有关的炎症是否会影响大脑。此外,之前的研究表明,嗅觉能力的丧失可能是人类神经退化的早期迹象。

Heinrich Jasper和他的同事们开始重现已发表的研究结果,证实了果蝇的嗅觉会随着年龄的增长而下降。然后,他们解析扰乱肠道上皮的炎症过程是否足以诱导幼龄果蝇发生这种变化。

研究人员让果蝇在普通食物和含有非致命肠道病原体的食物中进行选择。如果它们之前感染过这种细菌,那么在这种情况下,它们会对正常食物表现出强烈的偏好。他们确定,在感染后,果蝇对诱人和厌恶气味的识别能力都有所下降,这表明它们对含有细菌的食物的偏好变化是由于嗅觉的短暂减少。

“我们很快意识到,这种嗅觉感知的下降或改变一定也是幼小动物的一种适应过程,肠道炎症在摄入肠道病原体后自然发生,”Jasper说。

一旦研究小组弄清楚了受感染的肠道释放了哪些细胞因子,他们就可以猜测哪些途径可能受到影响。其中一个主要的候选基因是JAK-STAT信号通路,这种信号通路在细胞之间传递信号,例如细胞因子,在各种情况下控制下游基因的表达,包括细胞增殖和炎症。该途径的许多方面在果蝇和哺乳动物之间是功能保守的。通过观察,研究人员发现,细菌感染后肠道炎症细胞因子触发的JAK-STAT信号增加促进了嗅觉的变化。

在这种情况下,嗅球中的胶质细胞,而不是神经元,激活了STAT,导致了参与乳酸代谢的基因表达的改变,神经胶质通常作为神经元的代谢支持,确保神经元有其功能所需的分子。“乳酸穿梭会短暂停止,胶质细胞中脂质会堆积,从而阻碍嗅觉,但一旦炎症消退,这种情况就会恢复,”Jasper解释道。

衰老的平行途径

研究团队还发现,与年龄相关的肠道炎症也会触发相同的JAK-STAT通路,从肠道到胶质细胞,导致衰老果蝇的嗅觉发生永久性变化。

“在幼小的动物中,这是一种保护机制……这让他们基本上避免了含有这些细菌的食物,但在衰老过程中,随着微生物失调的出现,年老果蝇的上皮细胞会产生慢性炎症反应,这将导致这些炎症细胞因子的慢性释放,[以及]胶质细胞中JAK-STAT信号的慢性激活,”他解释道。

Grunwald Kadow说,其中一个悬而未决的问题是,在其他动物中,这种途径是如何保守的,炎症如何与神经退化联系在一起——这也是Jasper最初提出的问题之一:“如果在果蝇中,拥有[某种]微生物群确实会触发与衰老类似的机制,那么这或许也能解释为什么有些人比其他人更早患上神经退行性疾病?”


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