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#肠道菌群
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阿片类药物滥用成瘾困扰着超过 200 万美国人。然而，手术后，医生通常会开出阿片类药物和抗生素来治疗疼痛并抵抗感染。那么，阿片类药物的成瘾与戒断会受到肠道微生物的影响吗？此外，阿片类药物作用靶点——伤害感受器，已经被发现可以与肠道上皮细胞和免疫细胞发生互作，共同抵御病菌感染。那么，阿片类药物的使用会影响机体的抵御过程吗？今天，我们共同关注肠道和阿片类药物，一起来寻求上述两个问题的答案。希望本文能够为各位读者带来一些启发。Sierra Simpson 在上大学时，反复发烧和呕吐了一整年。她的医生不知道发生了什么，他们怀疑是细菌感染，试图用高剂量的抗生素治疗她。Simpson 说：“事实证明我患有疟疾，需要其他治疗。但是那时，抗生素已经导致我的肠道紊乱了，我比从前感到更加焦虑。”抗生素可以杀死引起疾病的细菌，但是它们也可以破坏我们肠道中许多有益细菌，而抗生素产生的这种副作用与许多长期健康问题有关。这段治疗经历激发了 Simpson 对微生物组和脑-肠轴的兴趣。她十分好奇细菌、病毒和其他生活在我们体内的微生物是如何影响我们的身心健康的，但是她本来的课题是大脑分子可视化技术。加州大学圣地亚哥分校医学院的副教授 Olivier George 说：“有一天，Simpson 走进我的办公室，问我是否有兴趣探索肠道微生物和药物滥用成瘾之间的关系，后者是我们实验室的主要方向之一。一开始我很不情愿，毕竟我想如果真的有什么关联，现在就应该有人发现了，但是我们还是决定试一试。”2020 年 4 月 27 日，Simpson、George 和其他同事在 eNeuro 杂志上发表了一项研究，该研究发现在阿片类药物成瘾和戒断期间，肠道菌群影响了老鼠大脑的激活模式1。Simpson 说：“就像你在科研中经常要做的那样，我们首先用锤子解决问题，看看这个系统是如何崩溃的，然后再开始回溯。”为了确定肠道菌群是否影响药物成瘾，研究人员首先需要比较具有和不具有正常肠道菌群的个体之间的差异。为了实现这一点，研究人员先给一些老鼠注射了抗生素，杀死了它们 80%的肠道微生物。接着，对老鼠使用阿片类药物。结果发现所有的老鼠——那些拥有和没有拥有正常肠道菌群的老鼠——都依赖处方阿片类止痛药 oxycodone。然后，老鼠开始进行戒断，然而两组之间依旧没有明显差异。George 说：“于我而言，最让我惊讶的是，这些老鼠表面看起来都是一样的。在有和没有肠道微生物的老鼠之间，阿片类药物的镇痛效果、戒断或其他行为方面没有任何明显差异。”直到研究小组观察了老鼠的大脑，他们才发现明显的区别。在成瘾和戒断期间，这些接受了抗生素治疗的老鼠的大脑不同部位的神经元募集的典型模式被打乱了。最值得注意的是，在成瘾期间，肠道微生物数量减少的大鼠，其大脑中调节压力和疼痛的区域（中脑导水管周围灰质、蓝斑核）和涉及阿片类药物成瘾和戒断区域（杏仁核中央、杏仁核基地外侧）的神经元更加活跃。在戒断期间，与肠道菌群正常的大鼠相比，缺乏微生物的大鼠杏仁核中部激活的神经元较少。“我们花了好几个月来计算黑点，”Simpson 说，“但是最终很明显，至少在老鼠身上，肠道微生物改变了大脑对药物的反应方式。”她解释说，这种转变可能会影响行为，因为杏仁核中央神经元的减少可能会导致更少的戒断症状，进而导致更大的药物滥用风险。“如果我们在人类身上发现类似的效果，那么这可能会改变我们对共同开抗生素和止痛药的做法，例如当人们接受手术时，”George 说，“他们的肠道微生物可能会使他们对阿片类药物更加敏感。现在的关键是寻找生物标记，这样我们就可以在治疗之前预测一个人的反应。”这项研究阐明了肠道微生物对阿片类药物的影响，然而它们之间的关系可能不止于此，因为另一项研究发现疼痛可能具有意想不到的作用。肠道中有害微生物的识别和杀灭，通常被认为是由肠道中的上皮细胞和免疫细胞共同执行和完成的。上皮细胞与免疫细胞之间通过相互对话和协作，以辨别“敌友”：在面对食物抗原和共生微生物时，选择容忍接纳；而在应对病原体时，则启动保护性免疫应答机制。而肠道中的神经元则可以感知致病微生物所产生的分子，并与上皮细胞和免疫细胞发生互作，以促进应对这些致病微生物的防御反应2。实际上，人类的肠道被称为第二大脑，其包含着一个由大约 1x108个神经元组成的复杂的网络。它们对于调节肠道中的许多功能，包括血液流动和肠道内容物的运动，是必不可少的3。此外，正如前所说，神经元的某些亚类，可以和肠道免疫系统的某些成分发生互作并进行调控4。一类这样的神经元被称为伤害感受器，也就是阿片类药物的作用靶点。伤害感受器可引起疼痛或不适的感觉，以应对潜在的有害刺激，如高温、严寒、反应性化学物质或机械伤害等5。它们还能直接识别病原体和病原体所产生的分子，这些分子在感染过程中会引起疼痛感6。但是，伤害感受器是否直接参与到阻止细菌入侵宿主组织的过程中，一直以来都只是一个猜测，并无定论。近期 Lai 等人在 Cell 杂志上的最新研究给了我们明确的答案：伤害感受器能够参与到这一过程7。Cell：让人肚子疼的肠道神经，如何抵抗肠道病菌感染？
① 背根神经节伤害感受神经元参与抵抗肠道沙门氏菌（STm）在小鼠肠道的定植、入侵和扩散；② 伤害感受神经元通过降低回肠派氏结（PP）滤泡相关上皮（FAE）中的微皱褶细胞（M细胞）密度，来限制STm的入侵入口；③ 伤害感受神经元还参与塑造肠道菌群，维持黏附在回肠绒毛和PP FAE上的分节丝状菌（SFB）的水平，促进对STm的定植抵抗；④ STm感染引起TRPV1+ 伤害感受神经元释放降钙素基因相关肽（CGRP，一种神经肽），从而调控M细胞和SFB。Gut-Innervating Nociceptor Neurons Regulate Peyer’s Patch Microfold Cells and SFB Levels to Mediate Salmonella Host Defense
2019-12-05, doi: 10.1016/j.cell.2019.11.014【主编评语】支配肠道的伤害感受神经元，可感知伤害性刺激，并起始疼痛和炎症等保护性反应。Cell发表的一项最新研究，揭示了这类神经元在肠道感染中的保护性作用。该研究表明，小鼠中，伤害感觉神经元可感知沙门氏菌感染，并释放特殊的神经肽，对肠道派氏结M细胞的密度和抵御沙门氏菌的肠道菌进行调控，从而帮助小鼠抵抗沙门氏菌感染。这种神经免疫机制的发现，为未来治疗肠道感染和炎症性疾病，带来启示。（@mildbreeze）
沙门氏菌是一种致病菌，是食源性疾病的常见诱因。它可以引发多种病症反应，从炎症性腹泻（胃肠炎）到威胁生命的并发症。在并发症发生时，感染会蔓延到肠道以外的其他部位8,9。沙门氏菌在肠道进行组织入侵的主要部位之一，是一种被称之为“派尔结”的圆顶形卵泡结构。作为肠道中协助免疫防御的关键传感器，这些卵泡结构通过利用免疫细胞和被称之为M细胞的特化上皮细胞，以监测肠道中的病原体和共生微生物，并对它们所引起的感染做出免疫应答。尽管“派尔结”的存在对于监测肠道内容物来说非常重要，但是一些常见的病原体，包括沙门氏菌、诺如病毒(一种常见的胃肠炎病毒诱因)和朊病毒(具有传染性和致病性)，却可以将M细胞作为其侵染组织的“入侵位点”10,11。Lai 等人的研究表明，在小鼠实验中，肠道伤害感受器（特别是那些表达离子通道蛋白 TRPV1 和 Nav1.8 的疼痛感受器）能够保护肠道不受沙门氏菌的入侵，并阻断这种细菌随后向肝脏和脾脏等部位的扩散和传播。
有趣的是，作者发现伤害感受器的保护作用，并不是通过人们所熟知的抗菌防御机介导的，如免疫细胞的激活或肠道细胞所产生的抗菌肽水平的改变，而是通过减少M细胞的数量。这或许是因为 M 细胞是沙门氏菌入侵肠道的关键“突破口”，因此，这种M细胞的数量上的减少，可以阻止沙门氏菌的侵入。利用缺失 TRPV1 或 Nav1.8 离子通道蛋白的小鼠，作者进一步分析了在没有沙门氏菌感染时的肠道菌群的组成。
相对于仍然表达这些蛋白的小鼠，这两种突变缺失的工程小鼠都有着较低水平的分节丝状菌（是一类可附着在肠道上皮细胞尤其是M细胞上的共生细菌）分布12。这类共生细菌对于抵抗病原菌，比如沙门氏菌，至关重要13。接着，作者证实了由伤害感受器所介导的 M 细胞的减少，或者由抗体介导的实验方法导致的 M 细胞耗竭，都会导致“派尔结”上分节丝状菌的增加。这说明，M 细胞会参与肠道中分节丝状菌的定植，尽管确切的机制尚不清楚。此外,该研究还发现当表达 TRPV1 的伤害感受器遇到沙门氏菌时，神经元就会释放出一种叫做 CGRP 的神经肽。CGRP 可以直接调控 M 细胞的丰度和功能，并调节肠道中分节丝状菌的分布。这一系列的发现为我们揭示出了一个哺乳动物肠道的上皮细胞、神经元和微生物之间的相互作用的复杂网络，并为我们理解肠道免疫提供了更深的见解。随着对肠道的不断研究，我们发现肠道简直是一个复杂到令人惊讶的器官。而上述这两项研究进一步加深了我们对肠道所涉及的复杂网络的理解，然而它们在为我们解答部分困惑的同时，又提出了许多的新问题。比如，长期使用止痛性阿片类药物，如吗啡，是否会影响伤害感受器所介导的抗菌防御机制？又如，感染期间的非抗生素类药物使用是否也会影响阿片类药物的成瘾与戒断？虽然目前我们还没有答案，但是相信随着对神经元、肠道菌群、免疫细胞之间的相互作用的不断探索，未来会取得更多激动人心的发现，这些发现将深刻地影响到我们对阿片类药物和抗生素的使用以及对肠道的认识。（滑动下方文字查看）
1.Simpson S, Kimbrough A, Boomhower B, et al. Depletion of the MicrobiomeAlters the Recruitment of Neuronal Ensembles of Oxycodone Intoxication andWithdrawal[J]. eNeuro, 2020.2. Yoo, B. B. & Mazmanian, S. K. Immunity 46, 910–926(2017).3. Kulkarni, S. et al. J. Neurosci. 38, 9346–9354 (2018).4. Schneider, S., Wright, C. M. & Heuckeroth, R. O. Annu. Rev. Physiol.81, 235–259 (2019).5. Julius, D. & Basbaum, A. I. Nature 413, 203–210 (2001).6. Baral, P., Udit, S. & Chiu, I. M. Nature Rev. Immunol. 19, 433–447 (2019).7. Lai, N. Y. et al. Cell 180, 33–49 (2020).8. Majowicz, S. E. et al. Clin. Infect. Dis. 50, 882–889 (2010).9. Gordon, M. A. J. Infect. 56, 413–422 (2008).10. Jung, C., Hugot, J.-P. & Barreau, F. Int. J. Inflam. 2010, 823710(2010).11. Chiocchetti, R. et al. Cell Tissue Res. 332, 185–194 (2008).12. Meyerholz, D. K., Stabel, T. J. & Cheville, N. F. Infect. Immun.70, 3277–3280 (2002).13. Garland, C. D., Lee, A. & Dickson, M. R. Microb. Ecol. 8, 181–190 (1982).14.https://www.eurekalert.org/pub_releases/2020-04/uoc--gmi042120.php15. https://www.nature.com/articles/d41586-020-01105-1