Science子刊：气味能让我们肠道细胞中的线粒体做好对抗细菌感染的准备！

在线虫和人类中，神经系统中的线粒体压力会引发一种全身反应，这种反应在肠道中最为明显。加州大学伯克利分校最近的一项研究表明，在线虫中，病原体的气味会触发神经系统将这种反应传播给生物体的其他部分，使肠道细胞中的线粒体做好对抗细菌感染的准备。人类也可能能够感知致病气味，为肠道感染做好准备。

　　

许多生物对致命病原体的气味反应是条件反射性地避开它们。但加州大学伯克利分校最近的一项研究表明，秀丽隐杆线虫也会对致病菌的气味做出反应，它会让肠道细胞做好准备，以抵御潜在的攻击。

与人类一样，线虫的肠道是致病细菌的常见目标。线虫的反应是破坏含有铁的细胞器，即产生细胞能量的线粒体，以保护这种关键元素不受偷铁细菌的侵害。铁是细胞中许多酶促反应的关键催化剂，尤其是人体能量货币ATP(三磷酸腺苷)的生成。

该研究的资深作者、加州大学伯克利分校分子和细胞生物学教授、霍华德·休斯医学研究所(HHMI)研究员Andrew Dillin说，秀丽隐杆线虫对微生物产生的气味产生的这种保护性反应表明，包括哺乳动物在内的其他生物的肠道细胞可能也保留了对病原体气味做出保护性反应的能力。

他说:“真的有一种来自病原体的气味，我们可以通过它来帮助我们抵抗感染吗?”“我们一直试图在老鼠身上证明这一点。如果我们真的能弄清楚人类闻到病原体并随后保护自己，你就可以想象出一种类似于病原体保护香水的东西。”

然而，到目前为止，只有秀丽隐杆线虫有这种反应的证据。然而，考虑到线虫是实验室中研究得最彻底的生物之一，这一新发现令人惊讶。生物学家对生物体从胚胎到死亡的每一个细胞都进行了计数和追踪。

“新奇之处在于，秀丽隐杆线虫在遇到病原体之前就已经做好了应对病原体的准备，也有证据表明，除了线粒体反应之外，可能还有更多的事情发生，仅仅通过闻到细菌的气味，可能就会有更多的全身免疫反应。”因为嗅觉在动物中是保守的，在调节生理和新陈代谢方面，我认为嗅觉在哺乳动物中的作用完全有可能与在秀丽隐杆线虫中的作用相似。”文章一作Julian Dishart说。

这项研究发表在6月21日的《科学进展》杂志上。

线粒体相互沟通

Dillin是研究神经系统压力如何触发细胞保护反应的先驱，特别是一组基因的激活，这些基因稳定了内质网中产生的蛋白质。他说，这种激活，即所谓的未折叠蛋白反应(UPR)，“就像线粒体的急救箱”。

线粒体不仅是细胞的动力源，燃烧营养物质以获取能量，而且在信号传导、细胞死亡和生长中起着关键作用。

Dillin已经证明，UPR网络中的错误会导致疾病和衰老，并且一个细胞中的线粒体压力会传递给整个身体细胞的线粒体。

然而，这个谜题的一个关键部分缺失了。如果神经系统可以通过神经元网络将压力传递给负责蛋白质构建和新陈代谢的细胞，那么环境中是什么触发了神经系统呢?

Dillin说:“我们的神经系统进化到能够从环境中获取线索，并为整个生物体创造体内平衡。实际上发现嗅觉神经元会捕捉环境线索，以及病原体中哪种气味会引发这种反应。”

Dillin实验室之前的工作表明嗅觉在哺乳动物新陈代谢中的重要性。他发现，当小鼠被剥夺嗅觉时，它们在吃同样数量的食物时，体重增加得比正常小鼠少。Dillin怀疑，食物的气味可能会引发一种保护性反应，就像对病原体的反应一样，以便肠道为摄入外来物质并将食物转化为燃料的破坏性影响做好准备。

Dillin说:“从进化的角度来看，在感染中幸存下来是我们做的最重要的事情。我们每天做的最危险、最费力的事情就是吃饭，因为病原体会在我们的食物中。”

“当你吃东西的时候，压力也很大，因为身体在代谢食物，同时也在线粒体中从它们所结合的营养物质中产生ATP。产生ATP会产生一种叫做活性氧的副产物，对细胞非常有害。细胞必须应对活性氧的增加。所以，也许闻到食物的味道可以让我们做好应对活性氧负荷增加的准备。”

Dillin进一步推测，线粒体对致病菌气味的敏感性可能是在大约20亿年前线粒体作为发电厂并入其他细胞成为真核生物之前，线粒体还是自由生活的细菌的时代遗留下来的。真核生物最终进化成具有不同器官的多细胞生物，即所谓的后生动物，如动物和人类。

“有很多证据表明细菌以某种方式感知环境，尽管并不总是清楚它们是如何做到的。这些线粒体在被归入后生动物后保留了其中的一个方面。”

在他对秀丽隐杆线虫的实验中，Dillin发现病原体的气味会引发抑制反应，从而向身体的其他部分释放信号。当他切除线虫的嗅觉神经元时，发现所有的外周细胞，但主要是肠细胞，都表现出线粒体受到威胁时的典型应激反应，这一点变得清晰起来。这项研究和其他研究还表明，血清素是一种关键的神经递质，可以在全身传递这些信息。

Dillin和他的实验室同事正在追踪从嗅觉神经元到周围细胞的神经回路，以及沿途涉及的神经递质。他正在小鼠身上寻找类似的反应。

“我总是讨厌生病。我说，'身体，你为什么不做好准备呢?’只有在感染后才启动反应机制，这似乎真的很愚蠢。”“如果有更早的检测机制来增加我们的生存机会，我认为这是一个巨大的进化胜利。如果我们能在生物医学上利用它，那将是相当疯狂的。”Dillin说。