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活人的大腦中充斥著細菌?這項發現震驚了科學界

對於腦部的奇異微觀結構,羅莎琳達·羅伯茨(Rosalinda Roberts)已經司空見慣。三十多年來,在用電子顯微鏡觀察腦組織時,她常常遇到“不明物體”——各種不該出現的顆粒和團塊,跟她研究的突觸和結構對照起來,似乎也沒有關聯。

“以前,我就直接跳過了。”她說。而現在,情況變了。

腦部出現細菌,這通常都是不祥之兆。人腦在血腦屏障的保護下,與軀體的“細菌動物園”隔離開來,因而被視為一種無菌器官。這道屏障若是打破,結果就是腦炎、腦膜炎。所以,當羅伯茨和同事們意識到,切片內的不明物體是細菌時,他們的意外之情可想而知。

這些細菌中,很多都被定格在生命活動的某個瞬間,有正進入神經元的,有正穿透軸突的,還有剛分裂到一半的。它們也很挑剔,明顯青睞腦部某些區域。它們所在之處,周圍腦組織並無炎症跡象。如果活人的腦部就有它們存在,這些細菌就不算病原。

這些切片有可能受到過污染,這種可能性仍未排除,但上述猜測若得到證實,那麼在微生物群和疾病領域,新的研究途徑將就此開啟。

在美國神經科學學會於去年年底召開的年會上,該團隊介紹了他們的研究成果。科學雜誌Nautils採訪了羅伯茨,訪談內容如下:

紅色箭頭所指為人腦軸突旁的細菌。最左側的細菌似乎正在鑽入軸突內部

人腦中的細菌是怎樣發現的?⭕️這些圖片讓學界很興奮,你認為原因是什麼?

羅伯茨:如果在活人體內,真有細菌進入腦部,這將是一場範式轉變,因為大腦一直以來都被視為一種無菌器官。在無創傷、無感染的樣本中發現細菌,這實在出人意料。

⭕️這條研究思路是怎麼來的?

羅伯茨:我的整個職業生涯幾乎都在研究精神分裂。方法是觀察精神分裂症患者死後的腦組織切片,對照突觸的差別,尋找可能存在的病原體。這些年來,我常常看到這些不明物體,然後直接忽略。後來我帶了一個本科生,名叫考特尼·沃克(Courtney Walker)。當時,她正在研究黑質——含有多巴胺神經元的腦區。她不斷地看到那些物體,也不斷試圖解決這個疑問。漸漸地,整個實驗室開始為它著迷。

⭕️你們是怎麼發現這些神秘物體是細菌的?

羅伯茨:從形態學標準來判斷,我開始懷疑是細菌。我拿著這些圖片,找到了一名細菌學家,他說,這就是細菌。接著,我們做了核糖體分析,發現它們是腸道細菌,這就很有意思了,因為這幾年,涉及腸腦關係的研究很受關注。

⭕️對於腸腦行為,哪些是我們已經知道的?

羅伯茨:你可以通過微生物群,操縱行為、認知,乃至控制結構。取一隻不帶微生物群的無菌小鼠,通過糞便移植,將普通小鼠的微生物群移植到它體內,之後,它們的很多行為癥狀都會趨同。給小鼠注入幽門螺旋桿菌,小鼠會出現新的認知與行為問題。此外,不同疾病的人,其糞便微生物群(從糞便中獲取的腸道微生物群)也互不相同。帕金森病患者與非帕金森病患者,他們的微生物群也不相同。

⭕️學界提出過哪些可能的機制,來描述微生物群對腦部的影響?

羅伯茨:我一個也沒聽說過。不論存在哪些猜測,這些猜測圍繞的都是信息——信息是怎麼到達腦部的。一種猜測是,它經由支配胃部的神經,一路上溯至大腦。其中一種名為迷走神經。在一項研究中,科學家切斷了迷走神經,這時,他們再改動微生物群,就無法操縱腦部行為了。這表明,迷走神經一斷,那個東西就不能到達腦部了。至於那是什麼東西,他們並沒有說。

細菌是如何進入大腦的?⭕️如果細菌真的是從腸道進入腦部,它們是怎麼跑上去的?

羅伯茨:我不是微生物學家,所以我只能猜測。如果細菌走的是迷走神經,它就得一頭扎進髓磷脂,經由這個內部通道,上至背核,繼而離開,進入腦部其他區域。但也可能走血腦屏障。這道屏障中,有些地方並不是嚴絲合縫的。其中一個就叫化學敏感觸發區,位於腦幹。那個地方的血腦屏障滿是空洞。這是因為,如果你吃了有毒的東西,腦部需要及時知道,並觸發嘔吐反應。垂體周圍的血腦屏障也不太密實,原因類似。我想仔細研究一下血腦屏障的多孔區域,看那裡的細菌是不是更多。

⭕️你看到的細菌是不是偏愛腦部的某些區域?

羅伯茨:我們觀察到,它們喜歡待在血腦屏障附近的星形膠質細胞里。它們還喜歡待在軸突里,軸突是腦區之間傳遞信息的投射裝置。軸突浸潤在髓磷脂里,那是一種脂肪儲備。另外,在小鼠體內,細菌喜歡鑽進神經元的細胞核,人體內則不然。至於這能說明什麼,科學家尚不清楚。它們為什麼喜歡侵入特定類型的細胞?我知道,某些類型的細菌喜歡脂肪,有的則喜歡糖類。髓磷脂是脂肪,而星形膠質細胞含有糖類。細菌的分布情況也表明,我們觀察到的現象不全是標本污染的結果。如果是標本污染,細菌將到處都是,而不會在特定區域出現。

⭕️有沒有可能是死後細菌才入侵腦部?

羅伯茨:一開始,我也這麼想——也許只是在死後,細菌才開始入侵、蠶食腦部。但有一些小鼠,它們的大腦是死後立即用固定液固定的,不涉及任何死後人為現象,也沒有時間供細菌侵入,在這些小鼠的腦部,我們也發現了細菌。所以,不是屍體腐敗這類死後人為現象所致。另外,處理過程是將腦部置於固定液中,或是冷凍。細菌是如何在處理後,依然能進入腦部的呢?這一點我沒法解釋。它們都泡在抗菌溶液里了,細菌又何苦去送死呢?

⭕️你能否排除其他形式的污染?

羅伯茨:目前為止,我還不能排除污染的可能性。但就算是污染的結果,這些細菌的分布也非常特別。它們並沒有均攤開來,而是聚集在特定的細胞間區室,這一點本身就很耐人尋味。我們必須通過系統化的研究,將所有東西進行消毒和高壓滅菌,對無菌小鼠、普通小鼠和人腦樣本加以處理,以排除污染的可能性。

⭕️在那些樣本中,你有沒有看到細菌感染的跡象?

羅伯茨:細菌似乎並沒有激發炎症反應,這一點也跟預想中不同。這意味著,它們要麼是死後或固定後發生的污染,要麼不會在腦部致病。

⭕️這些細菌是活的嗎?

羅伯茨:我覺得是活的——而且看起來很健康。死去的細菌看著就像幽靈,是一些碎片化的細胞形態而已。而這些不像。如果它們是活的,只是在大腦死後被定格,那就太有意思了。我想試試能不能培養,看它們究竟是不是活的,然後做幾個實驗,看它們為什麼喜歡某些腦區。雖然檢測了16S核糖體RNA,但這種微生物群分析法不能告訴我們細菌有多少,以及它們是不是活的。

⭕️你有沒有觀察到死去的細菌?

羅伯茨:沒有看到。一般情況下,它們會被巨噬細胞吞噬掉,或者被溶酶體處理掉。我看到的那些都有完整的結構,而且很多都存在隔膜,說明它們能分裂。

⭕️你把無菌小鼠的腦部當成另一個控制組,你有什麼發現嗎?

羅伯茨:我們觀察了四個無菌的小鼠腦部。其中兩個是用電子顯微鏡觀察的,沒有發現任何細菌。另外兩個進行了16S微生物群分析,顯示存在細菌。但它不能告訴我們細菌有多少,只能顯示給定樣本中不同細菌的比例。所以,也許無菌小鼠體內有0.0001克細菌,而野生型(即自然型)小鼠體內有150克,但微生物群分析法體現不出這一點。16S分析所體現的那些細菌片段,有的可能是食物中已被殺死的細菌。我們還得分析16S檢測所用的試劑,看細菌是不是試劑引入的。

所以,大腦中發現了細菌,接下來呢?⭕️你還有什麼想嘗試的?

羅伯茨:我聽到的其中一個提議是,將細菌打上標記,移植到無菌小鼠身上,看它們需要多久進入腦部。我還想研究一下腦部細菌的位置或類型,看它們會不會因疾病而異。有意思的是,我沒有在腦部發現任何幽門螺旋桿菌,據說這種細菌會損害認知。

⭕️你為什麼覺得你的實驗室能有這樣的發現?

羅伯茨:如今,世界上的電子顯微鏡工作者已經不多了。現在的神經科學家想要的是分子級別、細胞內級別、生物機械級別,以及更加全面的研究。針對死後人腦的電子顯微鏡觀察已經很罕見了。除了我們,另外只有一個團隊在做這個。關鍵是讓電子顯微鏡工作者接觸到一個腦標本庫,或是標本集,而且它們要在死後極短時間內完成固定。而這些條件往往湊不到一塊兒。

看來在這次研究中,由你牽頭的“阿拉巴馬腦標本集”是一筆寶貴的財富。

沒錯,但有一點要注意:對於電子顯微鏡,你需要的是死亡八小時內處理完畢的大腦。但平均而言,目前這個間隔時間是死後24或30小時。所以,可能我的樣本庫里,只有10%或15%是適合電子顯微鏡的。

阿波羅網責任編輯:夏雨荷 來源:造就 轉載請註明作者、出處並保持完整。

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