JEV揭示机体中肠道菌群之间“交流沟通”的分子机制

肠道微生物影响着哺乳动物宿主机体的健康和疾病发生，其不仅会影响肠道局部组织，还会影响与细菌没有直接接触的器官，比如肝脏和大脑等。近日，一篇发表在国际杂志Journal of Extracellular Vesicles上的研究报告中，来自德国埃尔朗根-纽伦堡大学等机构的科学家们通过研究发现，肠道中的细菌能将其广泛的生物大分子打包成为小型胶囊，这些物质会通过血流会运送到机体中多个器官中，甚至还会被大脑中的神经细胞所吸收和处理。研究者表示，他们新建立的方法或能帮助更好地理解肠道菌群对疾病的影响并支持创新形式药物和疫苗运输的发展。

在转基因小鼠大脑中，有两种神经细胞会发出红色的光，因为其从肠道细菌中吸收了含有功能性蛋白的膜囊泡

图片来源：Stefan Momma

在人类机体中，细菌占大多数的比例，据研究者统计，每个人体细胞对应着1.3个细菌细胞，在遗传多样性方面细菌远远优于人类，肠道微生物组拥有的基因数量是人类的150倍。肠道菌群的代谢产物对机体有着多种作用效应，比如，其能训练宿主机体的免疫细胞并促进其成熟，同时其还能控制机体的代谢过程以及肠道粘膜细胞自我更新的频率；微生物群组成的变化可能有助于疾病的发生和进展，比如神经性障碍或癌症等。

细菌的代谢产物能通过直接接触的而方式来作用于肠道粘膜上的细胞，然而，目前研究人员尚不清楚诸如这种细菌物质是如何进入机体周边器官的，比如肝脏、肾脏或大脑等。研究者推测，细菌在正常生长过程中或对压力所产生反应的过程中所释放的小胶囊（膜囊泡）或充满了细菌脂质、蛋白质或遗传性的RNA分子，其或许就是运输的手段。这篇研究报告中，研究人员通过对小鼠进行研究分析了细菌如何在诸如此类囊泡中来分配其代谢产物，为此，研究者在小鼠肠道中定植了大肠杆菌，其能产生特殊类型的基因剪刀（Cre）并通过囊泡将其释放到环境中；小鼠机体的细胞中含有一种能编码红色荧光蛋白的基因，其能被Cre基因剪刀（Cre/LoxP系统）所激活。

研究者发现，在对小鼠机体组织随后进行的实验中，细菌的囊泡就能被其肠道、肝脏、脾脏、心脏、肾脏中的单一细胞及免疫细胞所吸收；因此，囊泡中所包含的功能性Cre就能进入到细胞中从而导致红色标志性蛋白的表达；甚至大脑中单一的神经细胞也会发出红色的光。让研究人员印象深刻的时，细菌的囊泡还能克服血脑屏障，并以这种方式进入大脑中，而具有生物活性的细菌物质或许能被肠道粘膜中的干细胞所吸收，这就表明，肠道细菌或许会永久性地改变其特性。

荧光图像结果表明，囊泡或许会通过血液而分布到整个机体中，对从细菌王国到单一哺乳动物细胞的交流通路的进一步研究后，研究者发现，这不仅能提高他们对诸如自身免疫性疾病或癌症等疾病的理解（微生物组发挥着重要的作用），而且这种囊泡还能作为一种运输药物或开发疫苗的新方法，同时其还能作为特殊的生物标志物来指示微生物组的病理学改变。

综上，本文研究结果表明，研究者开发了一种新方法并进行了概念验证发现，外膜囊泡或能作为一种生物穿梭系统，在细菌和哺乳动物宿主细胞之间横向转移功能性的生物大分子。

注：原文有删减

原始出处：

Miriam Bittel, Patrick Reichert, Ilann Sarfati, et al. Visualizing transfer of microbial biomolecules by outer membrane vesicles in microbe‐host‐communication in vivo, Journal of Extracellular Vesicles (2021). DOI: 10.1002/jev2.12159