本文作者:戴望舒

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“我们目前正在进行研究,看看运动是否能够诱导某些肌动蛋白的分泌,这些肌动蛋白能够进入循环系统,穿透血脑屏障,从而抑制阿尔茨海默病的发生。”

和人体其他组织器官一样,脑神经也会“发炎”,细菌、病毒甚至衰老都会引发免疫系统的反应,导致脑神经发炎,进而导致神经退化。科学家发现,许多脑炎疾病往往伴有肌肉功能下降,但两者之间的关系尚不明确。

近日,一项新研究揭示了神经炎症与肌肉功能退化的深层联系。该项研究题为《感染和慢性病激活系统性脑-肌肉信号轴》(“and a Brain-Axis”),于2024年7月12日发表在《科学免疫学》杂志上。作者是复旦大学生命科学学院杨硕团队。

通过研究大肠杆菌、新冠病毒(SARS-CoV-2)、阿尔茨海默病(AD)等在果蝇和小鼠模型中引起的神经炎症和肌肉退化,研究发现这些疾病均激活了调控肌肉表现的“脑-肌肉信号轴”,其中炎症等多种应激因素导致Upd3()/IL-6(白细胞介素-6)细胞因子的激活,进一步激活骨骼肌中的JAK-STAT信号通路(Janus激酶——信号转导和转录激活因子),调节线粒体功能,最终影响肌肉功能。

“细胞因子”是一类小分子蛋白质,它们像“信使”一样发挥作用,通过与细胞表面受体结合来传达“命令”,以促进或抑制细胞分化、增殖和其他行为。研究写道:“器官通过分泌分子进行交流,这些分子进入循环系统并转移到目标组织,导致各种后果,包括免疫、行为、神经发生、心血管功能和细胞衰老。”

一般认为,神经炎症引起的神经功能改变直接导致肌肉功能下降等外部症状,但该研究从器官间通讯的角度揭示了另一种普遍机制。

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传统观点(左)认为感染引起的神经炎症会产生炎症因子,导致神经元凋亡,直接影响肌肉控制。本研究(右)发现了大脑与肌肉通过细胞因子进行沟通,从而调控肌肉功能的机制。图片由受访者提供。

研究人员是如何利用果蝇和小鼠模型开展研究的?细菌、病毒和阿尔茨海默病等神经退行性疾病导致的肌肉功能衰退本质上是否相同?这种衰退能否逆转?该研究对于脑/肌肉疾病治疗有何意义?为了回答这些问题,澎湃新闻近日采访了该研究第一作者、复旦大学生命科学学院研究员杨硕。

【对话】

澎湃新闻:您能介绍一下自己和您的团队吗?为什么开展这项研究?

杨硕(复旦大学生命科学学院课题负责人、博士生导师):我于2023年2月加入复旦大学生命科学学院,研究方向为跨器官信号传递、肌肉形态发生、运动系统遗传病等领域,以第一作者和通讯作者身份在Cell Host & JCI(斜体)等期刊发表多篇论文。实验室目前重点关注三个方向:一是探索多器官相互作用网络在整体稳态中的作用和机制;二是筛选阿尔茨海默病的运动保护因素;三是建立运动系统相关遗传病的动物模型。

我在华盛顿大学做博士后的时候,我的共同导师Aaron教授和我当时一直专注于研究肌肉系统发育机制和相关的肌病。在2021年初的新冠疫情期间,我们发现同事们在新冠康复后经常出现焦虑等神经系统症状和肌无力等肌肉系统症状。这件事情引起了我们的兴趣。

我们发现,包括细菌性脑炎、病毒性脑炎、神经退行性疾病等多种疾病的患者实例介绍澳门六开彩资料查询最新,运动诱发肌肉因子分泌,能否抑制阿尔茨海默症?,都表现出大脑/肌肉双重症状。2020年,我们刚刚在发育生物学经典期刊上发表的研究表明,外胚层(发育为表皮、神经组织等)可以通过分泌FGF信号通路的配体来调节中胚层(发育为肌肉)肌肉细胞中FGF通路的平衡,从而操纵形态发生和器官构建。因此,我们推测,同样地,脑炎是否会改变大脑的分泌谱,从而通过分泌蛋白直接调节肌肉的生理功能?

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就像希腊神话中的天神阿特拉斯撑起天空一样,神经炎让人的肌肉不堪重负。照片由受访者提供。

澎湃新闻:什么是神经炎症?既然炎症是免疫系统对机体的“保护”,那它为什么会对机体造成伤害呢?

杨硕:对抗外界感染是免疫系统的核心功能。免疫系统可以通过多种方式应对感染,如吞噬病原体、释放炎症因子杀伤病原体、产生抗体阻止病原体入侵细胞等。然而,免疫系统的过度激活会导致白细胞介素、TNF-a、补体蛋白分子等炎症因子的大量释放,对感染源和感染细胞发起暴风雨般的自杀式攻击,对自身组织细胞造成旁观者般的伤害,同时伴有血管通透性增加和循环障碍,甚至导致多器官衰竭(MOF)。这是很多新冠肺炎重症患者的死亡原因。因此,有控制地激活和抑制免疫系统是人体维持正常功能的必然要求。

澎湃新闻:什么是器官间通讯?近几十年来,生物学中也出现了一些类似的观点,如“脑肠轴”等。您能介绍一下这一观点产生的背景和发展吗?

杨硕:从单细胞动物到多细胞动物,是动物进化史上的一次飞跃。从多细胞动物开始,动物身体各部分为了适应外界环境阐明澳门今天晚上开什么特马,逐渐分化出具有特定功能的器官。经典理论认为,各种器官的功能受到内分泌系统和神经系统的调控。

近年来研究发现,除神经/激素调控外,不同器官之间还可以通过代谢小分子和非激素分泌蛋白实现相互调控,这种调控机制称为器官间信号传递(ICN)。ICN可以主动/被动地应对多种病理改变,参与调控和维持机体器官的正常生理功能和整体稳态。例如,ICN异常与心脏瓣膜病、非酒精性脂肪性肝病、慢性肾炎等多种疾病的发生密切相关。

目前,除了“脑肠轴”外,特别受到关注的器官通讯是大脑与肌肉细胞之间的通讯。7月22日,Cell杂志发表了题为after brain的研究,7月12日, 发表了题为from 的研究,均展示了大脑对心脏的调控作用。5月3日,杂志发表了题为Brain-aging by daily的研究,表明中枢神经系统生物钟能以未知的方式调节骨骼肌功能。

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因此,进一步分析ICN,不仅可以增进我们对生物体器官间调控网络的认识,还可以为全身炎症风暴、神经损伤、肌肉无力等ICN相关疾病的介入治疗提供依据。

澎湃新闻:文章分别探讨了大肠杆菌引起的神经炎症、新冠肺炎、阿尔茨海默病等引起的脑-肌肉沟通机制,为什么选择这三种情况?

杨硕:因为我们从日常生活和文献查阅中发现,这三种情况覆盖了我们接触到的绝大多数大脑/肌肉双重疾病患者。

论文:该研究主要选取果蝇作为模型,研究脑与肌肉之间的沟通。这些模型是如何构建的?果蝇也会“得”新冠肺炎和老年痴呆症吗?昆虫肌肉功能调控与人类肌肉功能调控有何异同?该研究还采用了小鼠模型,有哪些考虑?

杨硕:果蝇不会得阿尔茨海默病。关于阿尔茨海默病的病因有很多解释,但大多数人接受的是淀粉样β蛋白(β)和tau蛋白理论,即这些蛋白质在脑内异常堆积导致发病。因此在动物模型上,我们一般通过在脑内表达人类β42蛋白来构建阿尔茨海默病模型。

新冠病毒通过与ACE2受体结合而入侵细胞,虽然果蝇体内存在ACE2受体的同源蛋白(, 2002 Jun 20;417(6891):822-8),但新冠病毒无法直接感染果蝇细胞。因此我们利用遗传学的方法,在果蝇体内特异性表达新冠病毒的毒力蛋白,如NSP1,以探究病毒毒力蛋白对机体的影响。这种研究方法的优势在于可以利用果蝇丰富的遗传工具,加快研究进度。

昆虫与人类一样,具有骨骼肌、平滑肌和心肌,其肌肉系统在分子和细胞水平上与人类肌肉系统高度保守,是研究肌肉系统发育、功能及相关疾病的良好模型动物。

之所以采用小鼠模型,是因为昆虫毕竟不是哺乳动物审视一码一肖100准确,与人类之间存在很大差距,因此需要在同为哺乳动物的小鼠身上验证果蝇的研究结果,以证明本研究的物种保守性。

论文:研究发现,这三种类型的神经炎症都存在一种信号传导模式,即细胞外配体 Upd3 对中枢神经系统中的活性氧物质作出反应,并诱导骨骼肌 JAK-STAT 信号传导,导致线粒体功能障碍和运动功能下降。您能用通俗易懂的语言向我们解释一下这个过程吗?

杨硕:线粒体是能量代谢的核心,肌肉是最大的能量消耗者,线粒体功能障碍必然导致能量产生减少,肌肉就会缺乏能量供应,无法正常运作。

论文:在人类患者中,这三种疾病引起的运动功能障碍似乎表现不同。这项研究发现的机制在三种疾病中看起来是否完全相同?它是这些疾病中肌肉功能障碍的主要原因吗?

杨硕:从细胞生物学角度看,这三种疾病都是通过影响肌肉线粒体的膜电位而致病的,因此其致病机制完全相同。

它是否是造成肌肉功能障碍的主要原因,目前我们还无法给出定论,只能证明它在肌肉功能障碍中起着重要作用,但占比有多大还不能给出定论。

澎湃新闻:这一过程导致的肌肉功能衰退是可逆的吗?治愈后是否会消失?

杨硕:是的,我们的实验证明,这种衰退是可逆的2024年管家婆的马资料,肌肉会逐渐恢复正常的功能。

澎湃新闻:长期新冠疫情是很多人关心的话题,研究发现了什么?认知能力下降、运动功能下降是必然结果吗?

杨硕:我们发现神经感染是新冠肺炎的病因之一,但并不是每个患者都会出现大脑/肌肉双重疾病。

澎湃新闻:在一些肠脑轴研究中,人们发现调节菌群组成可以反过来影响神经系统。您认为这项研究提出的脑肌肉轴可能是双向的吗?

杨硕:这个问题问得好,我们目前正在研究运动能否诱导某些肌肉因子的分泌,这些因子能够进入循环系统,穿透血脑屏障,从而抑制阿尔茨海默病的发生。目前最热门的肌肉源性神经保护蛋白是鸢尾素,但因为会影响代谢,在应用上出现了不少问题。我们希望通过基因模型,筛选出更多的运动保护因子,从而人工模拟运动的效果,延缓阿尔茨海默病的发病,并缓解其进展。

澎湃新闻:该研究在药物研发、疾病诊疗方面有何前景?

杨硕:我们发现目前市场上已经有不少针对Upd3/IL-6分子的中和抗体和相关通路抑制剂,所以我们的研究为扩大这些药物的适应症提供了科学依据。

原始信息:

Yang S, Tian M, Dai Y, Wang R, S, Feng S, Wang Y, D, Ou T, Li W, Guo X, J, -Limas DE, Yin X, Tai W, Cheng G, A. 和脑轴。。2024 年 7 月 12 日。

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