Cell子刊:母亲细菌感染影响胎儿大脑
生物通 · 2016/03/14
最近,St. Jude儿童研究医院的科学家们发现,细菌细胞壁碎片可穿过胎盘进入胎儿正在发育的神经元中,从而改变胎儿大脑的解剖学以及出生后的认知功能。这项研究发表在3月9日《Cell Host & Microbe》杂志。


最近,St. Jude儿童研究医院的科学家们发现,细菌细胞壁碎片可穿过胎盘进入胎儿正在发育的神经元中,从而改变胎儿大脑的解剖学以及出生后的认知功能。这项研究发表在3月9日《Cell Host & Microbe》杂志。

这项研究在实验模型中得出的结果,对于“产妇在怀孕期间细菌感染,与儿童患自闭症和其他认知问题的风险增加之间的相关性”,提供了一种可能的机制。该研究还提出了有关“哪类抗生素应该用于治疗这种感染”的问题。

这项研究的通讯作者、St. Jude 儿童研究医院传染病系主任Elaine Tuomanen博士指出:“这个发现很令人意外,因为在儿童和成人中,肺炎球菌感染可导致脑膜炎和神经元死亡。本研究在细菌感染的小鼠模型中发现,产前正好相反。证据表明,母体感染可产生一个信号事件,导致发育大脑中神经元的增殖和重组。”

研究人员首次发现,细菌细胞壁的片段可穿过胎盘,并到达胎儿的大脑,从而引发未成熟神经元的增殖。有证据表明,这种增殖是由先前无法识别的一条途径引发的,该途径涉及先天免疫系统和一个调节基因表达的蛋白质。这种增殖可导致发育大脑中一个区域发生50%的增长,该区域可发育成大脑皮质——负责思想、行动和其他高级功能。

调查人员还报道称,小鼠如果在胎儿发育早期暴露于细菌细胞壁,后期在记忆和认知功能方面的表现低于平均水平。研究人员发现的证据表明,用抗生素氨苄青霉素(可破坏细菌,并将细胞壁碎片送入血流)治疗产妇感染,可导致相似的神经元增加。

Tuomanen说,这些结果提出了“应使用哪类抗生素来治疗妊娠期细菌感染”的问题。她说:“这项研究表明,广泛使用的抗生素,如氨苄青霉素,会导致细菌细胞壁破裂,并释放可能导致发育大脑变化的细胞壁。用克林霉素这类抗生素(杀死细菌,但不会释放细胞壁)治疗的小鼠,并没有发生这种变化。”Tuomanen补充说:“还需要更多的研究,来了解不同类抗生素对妊娠结果的长期影响。”

用实验室培养的细胞和小鼠细胞,研究人员发现了“肺炎球菌细胞壁碎片如何与血小板活化因子受体(PAFR)蛋白结合,通过胎盘进入胎儿的大脑”。

在那里,数小时内,细菌细胞壁不是引发炎症和细胞死亡,而是启动了蛋白Foxg1的表达。Foxg1是一种转录因子,可驱动神经细胞增殖。早在怀孕期间,在一个称为脑室区的脑区中会发生这种增殖。研究人员发现,在几天之内,皮层板的神经元增加了百分之50。

研究人员还报道称,先天免疫系统的一个组成部分,在驱动增殖(而不是炎症)中发挥了关键作用。称为Toll样受体2(TLR2)的蛋白质,可帮助细胞识别和抵御细菌。本研究的结果表明,TLR2与一个相关蛋白TLR6合伙,驱动器增殖来响应细菌的细胞壁。

没有TLR2,不成熟的胎儿细胞就不增殖。研究人员还报道称,在缺乏PAFR或TLR2的胎儿小鼠中并没有出现增殖,从而表明,这两种蛋白在大脑对细菌细胞壁的反应中,发挥了作用。

Tuomanen说:“还需要更多的研究来了解‘细菌细胞壁的信号如何通过这条新发现的途径来诱导增殖’,这条途径将天然免疫受体TLR2与转录因子Foxg1连接在一起,推动胎儿的神经细胞增殖。这种同样的机制可能会带来新的策略,修复或更换因疾病或损伤而缺失的神经元。”

母亲对胎儿的影响可谓是非常大的,在去年2月份,美国华盛顿大学医学院的研究人员在小鼠进行的一项新研究表明,生活在体内的细菌的DNA,可通过一种类似于父母自身DNA的方式,将一种性状传递给后代。相关研究结果发表在《自然》。 随后的4月份,加州大学(UC)戴维斯分校的研究人员发现一个基因——该基因在一些母亲当中是不活跃的,可产生母乳糖影响其婴儿肠道菌群的发展。产生的这种糖,被称为“secretors”不能被婴儿消化,而是滋养出生后不久婴儿肠道中定植的特定细菌。相关研究结果发表在开放获取期刊《Microbiome》。而在去年年底的一项研究更是惊人,荷兰内梅亨大学的分子发育生物学家在《Nature Communications》发表的一项研究发现,青蛙胚胎不仅能接收来自母亲的基因信息,而且还接收关于“如何使用这些DNA”的指令说明。

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