小鼠腸道免疫蛋白製造隨生理時鐘變化 或成潛在定時療法基礎

最新刊於《細胞》的研究發現,身體通過產生天然抗菌化合物來預防食物中毒的能力會隨時間變化,發現將大大提高針對該免疫反應的定時療法和疫苗接種方案。

負責是次研究的德州大學西南醫學中心微生物學家 John F. Brooks II 指,研究顯示人類免疫系統並非一直處於開啟狀態,是始料不及的結果;而在免疫系統活動高峰期,身體更容易對抗感染。

學界早已知道,幾乎所有動物都遵循與日出、日落相關的生理時鐘(或稱晝夜節律 circadian rhythm) ,使牠們能夠預測和準備環境的變化。擾亂生理時鐘會導致嚴重的健康後果,例如慢性睡眠中斷與人類腸道感染增加有關,但為何會發生這類情況學界未有定論。

團隊則懷疑腸道中的抗菌免疫力可能會按照生理時鐘而變化,為了驗證這個想法,團隊尋找小鼠腸道中產生、對抗食源性疾病天然抗菌劑表達的生理時鐘。

團隊發現,在正常、夜行性的實驗室小鼠中,其中一種抗菌蛋白 REG3G 在夜間含量更高,而在小鼠睡覺時的白天含量較少。然而,在無腸道細菌的小鼠中, REG3G 在白天和晚上基本上都不存在。

在尋找驅動生理時鐘的微生物成分時,團隊發現,有 REG3G 循環的小鼠腸道中存在大量分節絲狀菌 (segmented filamentous bacteria) 。這種微生物通常存在於囓齒動物、靈長類動物和人類中,並具有獨特依附腸壁上並改變宿主基因活性的能力。

進一步實驗表明,這些細菌在餵食期間附在小鼠腸道內壁,可能是為了吸收營養;當它們附在腸壁時, REG3G 在腸道中的產量就會增加。

這種循環對小鼠抵抗感染的能力產生重大影響。當團隊使用細菌感染正常小鼠時,如果是在日出時受感染細菌,小鼠的細菌負擔與死亡率都較高。至於不能製造包括 REG3G 抗菌蛋白的小鼠,無論何時被感染,其細菌負擔和死亡率也無分別。

如果未來的研究表明現象也發生在人類身上,學界可通過定時使用合成抗生素和口服疫苗治療腸道感染,或尋找完全避免腸道感染的新方法。

來源:
UT Southwestern Medical Center, Fighting off food poisoning depends on the time of day, 28 July 2021

報告:
Brooks II, J.F., Behrendt, C.L., Ruhn, K.A. & et al. (2021). The microbiota coordinates diurnal rhythms in innate immunity with the circadian clock. Cell. doi: 10.1016/j.cell.2021.07.001

文/Alan Chiu

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