在許多方面，我們的大腦與消化道緊密相連：感到緊張可能會導致胃部疼痛，而腸道的饑餓信號會使我們感到煩躁。最近的研究甚至表明，生活在我們腸道中的細菌會影響某些神經系統疾病。

在動物（如小鼠）中對這些復雜的相互作用進行建模非常困難，因為它們的生理學與人類的生理學有很大不同。為了幫助研究人員更好地理解腸腦軸，麻省理工學院的研究人員開發了一種“芯片上的器官”系統，該系統復制了大腦，肝臟和結腸之間的相互作用。 使用該系統，研究人員能夠模擬生活在腸道中的微生物對健康的大腦組織和帕金森氏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輸到大腦，對健康和患病的腦細胞產生不同的影響。 麻省理工學院的博士后Martin Trapecar說：“雖然短鏈脂肪酸在很大程度上有益于人類健康，但我們觀察到它們在某些條件下會進一步加劇某些與帕金森氏病有關的腦部疾病，例如蛋白質錯誤折疊和神經元死亡?！痹撗芯康闹饕髡?。 這篇論文的主要作者是Linda Griffith，同時也是生物工程和機械工程教授，相關結果最近發表在《Science Advance》雜志上。

近年來， Griffith的實驗室一直在開發微生理系統，可用于生長通過微流體通道連接的不同器官的工程組織模型。Griffith說，在某些情況下，這些模型可以提供比動物模型更準確的人類疾病信息。 在去年發表的一篇論文中，作者使用了微生理系統來模擬肝臟和結腸之間的相互作用。在該研究中，他們發現腸道中微生物產生的分子短鏈脂肪酸（SCFA）在某些情況下可加劇與潰瘍性結腸炎相關的自身免疫炎癥。 SCFA，包括丁酸酯，丙酸酯和乙酸酯，也可以對組織產生有益作用，包括增強免疫耐受性。

（圖片來源：Www.pixabay.com）

在這項新研究中，麻省理工學院的研究小組決定將大腦和循環免疫細胞添加到他們的多器官系統中。為此，他們與Whitehead研究所的Jaenisch實驗室合作。 Jaenisch以前已經開發出一種方法，可以將帕金森氏病患者的成纖維細胞轉化為多能干細胞，然后將其誘導分化為不同類型的腦細胞-神經元，星形膠質細胞和小膠質細胞。 麻省理工學院的研究人員將其用于帕金森氏癥模型的細胞攜帶一種突變，該突變導致一種稱為α突觸核蛋白的蛋白質蓄積，從而損害神經元并引起腦細胞炎癥。 Jaenisch的實驗室還產生了已糾正此突變的腦細胞。 Griffith和Trapecar首先在微生理系統中研究了這兩組腦細胞，，經過校正的細胞顯示出更多的炎癥。帕金森氏細胞的脂質和膽固醇代謝能力也相對受損。

然后，研究人員建立了免疫細胞和營養物質（包括SCFA）在它們之間流動的通道，將腦細胞連接到結腸和肝臟組織。他們發現，對于健康的腦細胞而言，接觸SCFA是有益的，并有助于它們成熟。但是，當帕金森氏病患者的腦細胞暴露于SCFA時，其有益作用就消失了。相反，細胞出現更高水平的蛋白質錯誤折疊和細胞死亡。

即使從系統中刪除了免疫細胞，也可以看到這些作用，導致研究人員假設這些作用是由脂質代謝的變化介導的。Trapecar說：“短鏈脂肪酸似乎可以通過影響脂質代謝而不是直接影響某些免疫細胞群而影響神經退行性疾病?！保ㄉ锕?世聯博研Bioexcellence）

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