这些虫感染20亿人!如何平衡免疫和炎症?

此前美国加州大学河滨分校医学院研究人员在老鼠身上发现了一种免疫蛋白,这种蛋白在感染后会在体内迅速触发,可以保护人体组织。这种被称为“RELMalpha”的蛋白质在人类中被称为“抵抗素”,这种蛋白质在保护人体方面的作用比攻击寄生虫更大。作为哺乳动物,我们有一个免疫系统来对抗攻击的病原体。因为病原体对我们有害,人体自然释放蛋白质来杀死病原体。但这些细胞因子(由免疫细胞产生的蛋白质)也能攻击人体组织并损害它们。老鼠为了抑制免疫系统的反应而制造RELMalpha关注于保护人体组织。抵抗素在人体中的作用是相似。生物医学科学助理教授米拉-奈尔(Meera G. Nair)博士说:这是违反直觉的,我们认为免疫系统就是要杀死寄生虫。

博科园-科学科普:但这并不是RELMalpha所要做的,这是重要证据,哺乳动物有适当的调节系统不是杀死病原体,而是抑制免疫反应,因为总的来说,这对宿主有利。研究结果发表在《感染与免疫》上。在她的职业生涯中,奈尔对钩虫、土壤传播的线虫进行了大量研究,这些线虫在世界范围内感染了估计20亿人,主要分布在卫生条件差、人们经常光着脚的发展中国家。在穿透皮肤后,钩虫(大约5毫米长的长度)从血液循环到肺部。钩虫开始损害它感染的第一个器官——肺。当血管破裂出血后,钩虫以血液为食(然而,它不能在血液中存活)。当它被咳嗽和吞咽时,它会进入肠道,这是它感染的第二个器官。钩虫如果不利用肺部,就无法到达肠道,在肠道中,它会释放出成千上万的卵子,然后进入粪便,完成这个循环。

  • 感染鼠肺钩虫(绿色和橙色)与浸润巨噬细胞(红色和蓝色)的横切面。图片:Nair lab, UC Riverside.

这就是为什么在缺乏卫生设施也很普遍的地方感染很普遍的原因(比如说:公共排便)。在实验室实验中,Nair团队使用了基因缺陷的老鼠,这意味着它们缺少RELMalpha。然后研究人员用钩虫感染老鼠。这些老鼠杀死了蠕虫,但却没有活下来,无法从蠕虫感染中恢复过来,这损害了它们的肺部。当这些基因缺陷的老鼠被给予低剂量的蠕虫时,老鼠能够更快地杀死蠕虫。但是他们对自己的身体造成了伤害。研究人员认为,如果这些老鼠得了细菌性细菌性肺炎,它们的肺组织就会得到更好的保护。如果要在体内有寄生虫和因试图杀死寄生虫而死亡之间做出选择,你会选择让寄生虫生活在体内。蠕虫寄生虫在这方面特别擅长。

它和我们一起生活了很长一段时间,没有造成多大的破坏。实质上建立伙伴关系是为了使宿主和蠕虫都受益。蠕虫是最复杂的病原体之一,已经进化成为理想的寄生虫。它们不想让你死,因为那意味着他们也无法生存。在做炎症和免疫之间的平衡时,蠕虫可能比所有其他病原体都要好。目前还没有针对蠕虫感染的疫苗,不幸的是,为一种感染了数十亿人的疾病分发药物既昂贵又不可行。RELMalpha似乎是平衡炎症和免疫的关键,在人类身上也可能是这样,抵抗素(抵抗素是与RELMalpha类似的物质)在蠕虫感染中高度表达,实验室的下一个重点将是在这种情况下研究人类抵抗素。身体免疫系统是攻击钩虫的关键,导致身体组织受损,但这种损害是如何发生的,以及如何帮助修复,目前还不完全清楚。

现在加州大学河滨分校(University of California, Riverside)的一个生物医学科学家研究小组正在研究小鼠模型,他们发现了一个谜团:免疫蛋白RELMalpha的分泌,这种蛋白在感染后在体内被触发,以保护组织。研究人员从免疫细胞中剔除或关闭了RELMalpha,发现小鼠产生了超级杀手巨噬细胞——免疫系统中重要的细胞,是在感染后形成。研究小组发现,巨噬细胞附着在钩虫上的数量要多得多,使它们成为超级杀手。然而,这对宿主来说是有代价的:巨噬细胞被破坏后会引起组织损伤和炎症。研究钩虫和其他蠕虫感染专家、加州大学医学院生物医学科学助理教授米拉·G·奈尔(Meera G.Nair)说:这表明杀死钩虫的巨噬细胞也会引起炎症,并对宿主组织造成损害。

  • 免疫荧光图像显示钩虫(红色)侵入小肠(蓝色)导致巨噬细胞(绿色)聚集。图片:Jay Patel, Nair lab, UC Riverside.

研究首次确定了这些巨噬细胞的作用,在野生型小鼠中,钩虫感染会产生RELMalpha,巨噬细胞对组织的损伤通过relmalphai诱导的炎症反应来平衡。RELM或“抵抗素样分子”,构成了包括RELMalpha在内的一系列蛋白质,这些蛋白质由哺乳动物分泌,在感染性和炎性疾病中高度表达。如果没有RELMalpha,免疫系统会更有效地杀死钩虫,因为巨噬细胞与蠕虫有更好的粘附。但是RELMalpha扮演着抑制炎症的重要角色,从而确保宿主生存,很明显,老鼠也需要RELMalpha。这是免疫和炎症之间的平衡问题。打开通道,既可以杀死蠕虫,又不会引起对宿主有破坏性影响的炎症。研究确定了其中的一些途径。简而言之已经发现了一种抗炎、创伤愈合的巨噬细胞亚群,它通过RELMalpha的表达来调节炎症。

这种超级杀手巨噬细胞能产生更多的迁移趋化因子——免疫系统细胞分泌的信号蛋白,刺激其他细胞的运动,使它们能够有效地找到蠕虫。巨噬细胞产生更多的粘附蛋白,使它们能更好地附着在蠕虫上,它们还产生更多的有毒化学物质,使它们能够杀死蠕虫。通过抑制炎症,RELMalpha延缓老鼠杀死病原体(这里指钩虫)的能力,并保护老鼠免受过度的组织损伤和炎症。哺乳动物已经进化出病原体来评估杀死病原体的成本。哺乳动物开启疾病耐受性来阻止病原体的破坏。但他们也需要打开耐受性来阻止免疫系统的破坏。寻求的是最佳平衡,这可能意味着与一点钩虫一起生活可能是更好的感染结果。

这就解释了为什么钩虫被用于治疗乳糜泻;10-20只感染幼虫被引入患者体内,以减轻疾病引起的炎症。在美国,钩虫是在贫困地区发现的一种疾病。在阿拉巴马州的一个研究地点,发现34%的儿童的粪便中含有钩虫卵。除了肺部症状外,钩虫还会导致铁缺乏,损害认知发育,导致儿童发育迟缓。因为它们以血液为食,贫血和疲劳也会随之而来。事实上,在20世纪初,钩虫感染被称为“懒惰病”。钩虫身长约5毫米,钩虫穿过皮肤,通常是光着脚,然后通过血液进入肺部,当它们被咳出来吞咽的时候,就会进入肠道,钩虫在体内不能繁殖,卵在粪便中孵化,在体外孵化。


博科园-科学科普|参考期刊文献 :《Journal of Leukocyte Biology》,《Journal of Leukocyte Biology》|研究/l来自:加州大学河滨分校,DOI: 10.1128/IAI.01479-15,DOI: 10.1002/JLB.4A0917-369RR

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