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导读 10月14日，来自麻省理工学院的一项新研究表明，在人体的眼睛、肺、胃肠道和泌尿生殖道等部位的黏液包含着数百种黏蛋白聚糖（Mucin glycans）；这些分子可以直接干扰细菌行为，如不再产生毒素、不再附着或杀死宿主细胞，甚至都不再表达细菌交流所必需的基因等；阻止细菌彼此交流，形成传染性生物膜，最终使得细菌变得无害。 此外，黏液还能与包括链球菌和真菌白色念珠菌在内的其他病原体间的相互作用，甚至能阻止微生物耐药基因的传播，且与细菌的运动和聚集无关。 这也意味着，除了过去我们所知的润滑以及物理屏障的作用；黏液的保护作用要更多、更全面。这一发现，对于人类疾病的治疗来说，无疑是“一座金矿” 研究名称：Mucin glycans attenuate the virulence of Pseudomonas aeruginosa in infection 期刊：Nature Microbiology 发表时间：2019年10月14日 IF：14.3 DOI: 10.1038/s41564-019-0581-8 人体的肠道总长度接近8米，每3-5厘米就有个褶皱，其总面积可达到200平方米以上；在这广阔的表面之上，分布着一种一种粘滑的、含水的黏液凝胶，也是我们所熟知的黏液——人体每天能产生几升黏液，存在于眼睛、肺、胃肠道和泌尿生殖道等所有的湿性上皮细胞表面。 这些黏液以及其中存在的大量的微生物群、肠上皮内细胞共同构成了一道物理屏障，为肠道微生物群与宿主之间的共生关系提供了第一层保护。例如，黏液屏障本身也能施以“物理攻击”来困住细菌和病毒，而这种攻击力也会随着黏膜屏障增强而增强。 不过，“黏液的作用=润滑+物理屏障”的传统认知，在今天可能要被打破了。 来自麻省理工学院的一项新研究表明，利用黏液包含着数百种黏蛋白聚糖（Mucin glycans），黏液还能释放“魔法攻击”，直接干扰细菌的行为，瓦解“有害细菌的联盟”，如解除病原体的武装、阻止细菌彼此交流形成传染性生物膜等，最终使细菌变得无害。这一研究发表在10月14日的《Nature Microbiology》上。 “黏液是治疗性金矿”，麻省理工学院生物工程专业的Katharina Ribbeck教授指出，“这些聚糖具有非常广泛和复杂的生物学功能。它们能够调节微生物的行为，甚至改变它们的身份。” 黏蛋白聚糖如何影响细菌的行为？ 该研究探讨了聚糖与条件致病菌铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）之间的相互作用。 具体来说，研究人员从黏液中分离出了一种叫做黏蛋白聚糖（Mucin glycans）的成分，它是黏液形成凝胶、构成一种类似瓶刷的结构的关键。此前，有关黏蛋白聚糖的研究非常有限。 随后，研究人员将这种聚糖暴露于铜绿假单胞菌中。 惊人的结果出现了：细菌的行为发生了广泛的变化，如不再产生毒素、不再附着或杀死宿主细胞，甚至都不再表达细菌交流所必需的基因。这一系列的变化，最终使得有害细菌对宿主的危害大大降低。 完整黏液抑制了条件致病菌铜绿假单胞菌的毒力特性，该通路被称作是MUC5AC完整抑制的毒力通路或MUC5AC聚糖抑制 而此前，该团队已经在另一项研究中证明了黏液的治疗潜力：当利用采用黏蛋白和黏蛋白聚糖治疗被假单胞菌感染的烧伤伤口后，可以观察到细菌的增殖显著减少。 “之前我们已经看到完整的黏液蛋白有调节作用，可以导致一系列病原体的行为改变，现在我们则可以确定分子机制和负责的实体，是聚糖”，Katharina Ribbeck补充道。 通过长期监测人类上皮细胞的存活情况，研究人员也发现黏蛋白MUC5AC以剂量依赖的方式减少了P. aeruginosa介导的上皮细胞死亡，而上皮细胞的形态和融合却得以维持。 黏液在体内和体外都有效减轻了铜绿假单胞菌的毒性 该研究共识别出了数百个聚糖，这些聚糖可能与不同的途径或不同的微生物有特定的相互作用。接下来，研究人员也将围绕单个聚糖的影响展开进一步研究。 黏液在疾病治疗中的更多可能性 其他研究表明，聚糖还可以调节其他微生物的行为。例如，聚糖可以阻止水平基因转移——这是微生物通常用来传播耐药基因的过程。 研究人员推测，黏液蛋白和黏液蛋白相关聚糖的结构多样性，使它们能够与多种细菌受体相互作用，介导不同的功能。同时，黏蛋白聚糖还可作为营养物质引起代谢变化，或通过与特定的铜绿假单胞菌凝集素或表面粘附素的相互作用来调节信号通路。 目前，Katharina Ribbeck团队正在研究黏液与包括链球菌（Streptococcus）和真菌白色念珠菌（Candida albicans）在内的其他病原体间的相互作用，并尝试识别出能够与聚糖相互作用的微生物细胞表面受体。 黏蛋白抑制的毒力系统位于多个不同的调节级联的下游，这些系统的调节与细菌的运动和聚集无关 未来，或许可以根据这一研究结果来开发人造黏液，为治疗由黏液缺失或有缺陷引起的疾病提供一种新方法。此外，还研究也提供了一种与传统抗生素疗法互补的策略，或将改变临床对耐抗生素感染的治疗。 “在这里，我们发现大自然已经进化出了一种能力，它可以解除难以对付的微生物的武装，而不是杀死它们。由于微生物不用面临生存的压力，也就不会产生相关抗性，同时，还有助于创造和维持一个多样化的微生物群落”。 这项研究由美国国家生物医学成像与生物工程研究所、美国国立卫生研究院、美国国家科学基金会、美国国家环境卫生科学研究所和麻省理工学院德什潘德技术创新中心资助。 |
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