器官芯片解釋了腸道細菌如何影響神經系統疾病

　　我們的大腦與消化道在許多方面緊密相連。在你緊張的時候，你可能會覺得胃疼，而腸道發出的饑餓信號又會讓你感到煩躁。為了幫助研究人員更好地理解腸腦軸（gut-brain axis），麻省理工學院的研究人員開發出一種器官芯片，能夠復制大腦、肝臟與結腸之間的相互作用。

　　利用這一系統，研究人員能夠模擬生活在腸道中的微生物對健康大腦組織和帕金森病患者的組織樣本的影響。他們發現，腸道中微生物產生的短鏈脂肪酸被運送到大腦中，對健康和患病的腦細胞產生了不同的影響。這項成果于1月29日發表在《Science Advances》雜志上。

　　麻省理工學院的博士后Martin Trapecar表示：“雖然短鏈脂肪酸在很大程度上有益于人類健康，但根據我們的觀察，它們在某些條件下會進一步加重某些腦部疾病，比如與帕金森病有關的蛋白錯誤折疊和神經元死亡。”文章的通訊作者是麻省理工學院的Linda Griffith和懷特黑德生物醫學研究所的Rudolf Jaenisch教授。

　　Griffith教授的實驗室近年來一直在開發微型生理系統，這種小型設備上布滿了微流體通道，可培養不同器官的工程化組織模型。在去年發表的一篇論文中，Griffith和Trapecar利用微型生理系統來模擬肝臟和結腸之間的相互作用。

　　在這項新的研究中，研究人員決定將大腦和循環免疫細胞添加到他們的多器官系統中。大腦與消化道之間有許多相互作用，這可以通過腸道神經系統發生，也可以通過免疫細胞、營養物和激素在各個器官之間的循環而發生。

　　幾年前，加州理工學院的Sarkis Mazmanian教授曾發現，短鏈脂肪酸與小鼠帕金森病之間存在關聯。他表明，細菌產生的短鏈脂肪酸會加速疾病的發展，而在無菌環境中飼養的小鼠則進展緩慢。麻省理工學院的研究人員決定進一步探索Mazmanian教授的發現。

　　大約兩成的帕金森病患者是由遺傳原因引起的。麻省理工學院的研究人員使用的細胞攜帶了一個突變，該突變會導致α-突觸核蛋白的積累，從而損害神經元并引起腦細胞炎癥。Jaenisch的實驗室則產生了突變糾正后的細胞，這種細胞與患病細胞在遺傳上是相同的，并且來自同一名患者。

　　隨后，研究人員利用通道將腦細胞與結腸和肝臟的組織模型相連，這些通道允許免疫細胞和營養物（包括短鏈脂肪酸）在它們之間流動。他們發現，對于健康腦細胞而言，接觸短鏈脂肪酸是有益的，可幫助它們成熟。然而，當帕金森病患者的腦細胞接觸到短鏈脂肪酸時，這種有益作用就消失了。相反，它們出現了更高水平的蛋白錯誤折疊和細胞死亡。

　　研究人員認為，這種新穎的人類組織模型能夠產生動物模型無法獲得的信息。Trapecar表示：“短鏈脂肪酸似乎可以通過影響脂質代謝而與神經退行性疾病相關聯。現在，我們的目標是設法了解這一點。”他們還計劃對其他類型的神經系統疾病進行建模。