تظهر الأبحاث التي أجريت على الفئران كيف يغير النظام الغذائي وظيفة الجهاز المناعي من خلال ميكروب الأمعاء – ScienceDaily

تم استخدام العبارة المبتذلة “أنت ما تأكله” لمئات السنين لتوضيح الصلة بين النظام الغذائي والصحة. الآن ، وجد فريق دولي من الباحثين الدليل الجزيئي لهذا المفهوم ، موضحًا كيف يؤثر النظام الغذائي في النهاية على المناعة من خلال ميكروبيوم الأمعاء.

يكشف العمل ، الذي تم إجراؤه على الفئران ، أن ما تستهلكه الحيوانات يبدأ في إطلاق منتج ثانوي التمثيل الغذائي من ميكروب معين في الأمعاء ، والذي بدوره يعدل مناعة الأمعاء للحيوانات.

النتائج ، التي نشرت في 10 نوفمبر في طبيعة سجية، تقدم تفسيرًا موحدًا للتفاعل المعقد بين النظام الغذائي وميكروبات الأمعاء ووظيفة المناعة. إنها نتيجة للتعاون بين العلماء في كلية الطب بجامعة هارفارد ، ومستشفى بريغهام والنساء ، وجامعة سيول الوطنية ، وجامعة موناش في أستراليا.

تحدد التجارب الجزيء الميكروبي بدقة ، ويتأثر تركيبه وإطلاقه بالنظام الغذائي للمضيف. يحفز هذا الجزيء بدوره تنشيط مجموعة فرعية من الخلايا المعروفة باسم الخلايا التائية القاتلة الطبيعية (NK) ، والتي تشارك في تنظيم المناعة والمتورطة في مجموعة من الحالات الالتهابية.

قال كبير مؤلفي الدراسة دينيس كاسبر ، أستاذ علم المناعة في معهد بلافاتنيك في كلية الطب بجامعة هارفارد ، إنه بينما اعتقد العلماء لفترة طويلة أن النظام الغذائي يلعب دورًا في صحة المناعة ، فإن الدراسة الجديدة توضح التسلسل الجزيئي الدقيق وراء هذا التفاعل.

وقال كاسبر: “لقد أظهرنا كيف يؤثر النظام الغذائي على جهاز المناعة من خلال وسيط ميكروبي في الأمعاء ، وهذا مثال صارخ حقًا على ثالوث مناعة النظام الغذائي والميكروبات”. “ما يفعله هذا العمل حقًا هو توفير مسار خطوة بخطوة من البداية إلى النهاية يشرح كيف ولماذا يعمل هذا الثلاثي وكيف يؤثر النظام الغذائي في النهاية على جهاز المناعة.”

قال الباحثون ، إذا تأكدت النتائج في الحيوانات الأكبر حجمًا وفي النهاية عند البشر ، يمكن أن تساعد النتائج في تحديد تصميم علاجات الجزيئات الصغيرة التي تعزز المناعة المعوية والمناعة بشكل عام.

قال المؤلف الأول للدراسة Sungwhan Oh ، وهو باحث رئيسي في مركز العلاج التجريبي وإصابات ضخ الدم في مستشفى بريغهام والنساء وزميل سابق لما بعد الدكتوراه في مختبر كاسبر. “تقدم نتائجنا رؤى رائعة حول الميكروبيوم والنظام الغذائي والوظيفة المناعية وتوفر أدلة مثيرة للاهتمام حول كيف يمكن للجزيئات التي يصنعها جيراننا الداخليون تستخدم في تصميم العلاجات “.

في سلسلة من التجارب ، حدد الفريق سلسلة الإشارات المناعية الناتجة عن الانهيار الأيضي للأحماض الأمينية الغذائية في أمعاء الفئران. يبدأ هذا المسار متعدد الخطوات باستهلاك طعام حيوان يحتوي على أحماض أمينية متفرعة السلسلة ، وقد سُمي بهذا الاسم نسبة إلى هيكل يشبه فرع الشجرة لإحدى سلاسلها الجزيئية. ثم يتم تناول الأحماض الأمينية ذات السلسلة المتفرعة باء الهشة ، ميكروب مقيم في القناة الهضمية ، ويتم تحويله بواسطة إنزيم معين إلى جزيئات دهون السكر التي لها أيضًا سلاسل متفرعة. باء الهشة ثم يطلق جزيئات متفرعة السلسلة يتم رصدها والتقاطها بواسطة فئة من خلايا الإشارات المناعية المعروفة باسم الخلايا العارضة للمستضد ، والتي بدورها تحفز الخلايا القاتلة الطبيعية على ممارسة استجابتها المنظمة المناعية من خلال تنظيم الجينات التي تتحكم في الالتهاب والمواد الكيميائية المنظمة للمناعة. .

والجدير بالذكر أن التجارب أظهرت أن تفرع هيكل السلسلة هو الذي يبدأ السلسلة. لم تسفر إصدارات السلسلة المستقيمة للجزيء عن نفس التأثير. علاوة على ذلك ، وجد الفريق ذلك باء الهشة يغير بنية جزيئات السكر والدهون التي تستقلبها ويجعلها أكثر قدرة على الارتباط بمستقبلات في خلايا مناعية معينة وبدء سلسلة إشارات تصل إلى ذروتها في تقليل الالتهاب.

أظهر العمل أيضًا أن كل واحد من ثلاثة أحماض أمينية مختلفة متفرعة السلسلة استهلكتها الفئران أسفرت عن تغيرات هيكلية مختلفة قليلاً في جزيئات الدهون البكتيرية ، مما أدى إلى أنماط مختلفة من الارتباط بالخلايا المناعية.

قام الباحث المشارك في الدراسة Seung Bum Park ، أستاذ الكيمياء في جامعة سيول الوطنية ، بتوليف ، واختبر فريق هارفارد ، 23 تكوينًا مختلفًا لجزيء تعديل المناعة المصنوع من الميكروبات لتحديد كيفية تفاعل كل منها مع الخلايا المناعية التي تنظم الالتهاب.

كشفت تجارب فريق هارفارد أن جزيئات الدهون الاصطناعية ذات السلاسل المتفرعة المصنوعة في المختبر تحفز الخلايا القاتلة الطبيعية على إطلاق مادة IL-2 الكيميائية ذات الإشارات المناعية ، في حين أن النسخ المختبرية ذات السلسلة المستقيمة من هذه الجزيئات لم تفعل ذلك. وهكذا ، فعَّلت الخلايا القاتلة الطبيعية (NK T) ، بدورها ، تسببت في التعبير عن الجينات التي تنظم المناعة ولكن ليس الجينات التي تسبب الالتهاب.

باستخدام نهج البيولوجيا الهيكلية ، أوضح جيمي روسجون ، أستاذ الكيمياء الحيوية والبيولوجيا الجزيئية في معهد موناش للاكتشافات الطبية الحيوية في أستراليا ، كيف تتفاعل البنية الدهنية مع خلايا تقديم المستضد وترتبط بها – الخلايا المناعية التي تمنح الخلايا التائية NK الضوء الأخضر. لإنتاج مواد كيميائية مضادة للالتهابات.

في خطوة أخيرة ، عالج الباحثون الفئران المصابة بالتهاب القولون التقرحي باستخدام جزيء دهن السكر ذي السلسلة المتفرعة. كانت الحيوانات التي تلقت العلاج بجزيء السلسلة المتفرعة أفضل بكثير من الحيوانات غير المعالجة. لم يكتسبوا الوزن فحسب ، ولكن عندما فحص الباحثون خلايا أمعاء الفئران تحت المجهر ، لاحظوا أن هذه الخلايا أيضًا بها علامات قليلة على التهاب القولون.

تقدم التجارب مجتمعة تفسيرًا هيكليًا وجزيئيًا للتأثيرات المضادة للالتهابات التي لوحظت سابقًا لهذه الفئة من دهون السكر التي ينتجها ميكروب الأمعاء باء الهشة.

قال روسجون: “يقدم هذا العمل مثالًا رائعًا على البحث القائم على الاكتشاف متعدد التخصصات الذي يهدف إلى الإجابة على سؤال رئيسي في العلوم الطبية الحيوية ، وهو كيف يمكن تعديل جهاز المناعة من خلال التفاعل بين النظام الغذائي والميكروبات”.

في عام 2014 ، نشر كاسبر وزملاؤه دراسة تظهر أن جزيء السكر والدهون صدر بواسطة باء الهشة كان لها تأثيرات مضادة للالتهابات على الأمعاء والفئران المحمية من التهاب القولون ، لكن العلماء لم يعرفوا كيف تتكون هذه الجزيئات بواسطة الميكروب ، ولا السمات الهيكلية المحددة لدهون السكر التي تمنح التأثير المضاد للالتهابات. تجيب الدراسة الحالية على هذا السؤال موضحًا أن جزيئات السكر والدهون التي يصنعها هذا الكائن الحي المعين هي سلسلة متفرعة وأن بنية السلسلة المتفرعة هي بالضبط التي تسمح لها بالارتباط بالخلايا المناعية بطريقة تخفف الإشارات المسببة للالتهاب في هذه الخلايا.

قال كاسبر: “يوضح عملنا الجديد أن تفرّع البنية الدهنية يؤدي إلى استجابة مختلفة تمامًا – فالتفرع في الهيكل يؤدي إلى استجابة مضادة للالتهابات بدلاً من الاستجابة المسببة للالتهابات”.

وقال الباحثون إن النتائج تقدم الأمل في أن الأمراض الالتهابية التي تتوسطها الخلايا التائية NK يمكن علاجها يومًا ما بجزيئات ميكروبية مثبطة للالتهابات مصنوعة في المختبر.

قال كاسبر إن الوظيفة الدقيقة لخلايا NK T – الخلايا المناعية التي ينشطها الجزيء الميكروبي في النهاية للسيطرة على التهاب القولون لدى الفئران – ليست مفهومة جيدًا. ومع ذلك ، نظرًا لأن هذه الخلايا تبطن القناة الهضمية البشرية والرئتين وتوجد أيضًا في الكبد والطحال ، فمن المحتمل أن تلعب دورًا مهمًا في تنظيم المناعة. تشير الأبحاث السابقة إلى احتمال تورط هذه الخلايا في مجموعة من الحالات الالتهابية ، بما في ذلك التهاب القولون التقرحي ، وإلى دور محتمل في حالات التهاب مجرى الهواء مثل الربو.

قال كاسبر: “لا يمكننا أبدًا عزل ما يكفي من هذه الجزيئات المعدلة للمناعة عن البكتيريا للاستخدام العلاجي ، لكن جمال هذا الآن هو أنه يمكننا تصنيعها في المختبر”. “الفكرة هي أنه سيكون لدينا دواء يمكنه تعديل الالتهاب في القولون وما بعده.”

كان من بين المؤلفين المشاركين تي برافينا وهيبوم سونج وجي صن يو ودا جونج جونج ودينيز إرتورك هاسديمير ويون سو هوانج وتشانج وون لي وجيروم لو نور وهيونسو كيم وجيسانج لي وريتشارد بلومبرج.

تم دعم العمل من قبل المعاهد الوطنية للصحة المنح K01-DK102771 و R01-AT010268 و R01-DK044319 ؛ من وزارة الدفاع منحة W81XWH-19-1-0625 ؛ بقلم بريغهام ومستشفى النساء ، قسم التخدير والجراحة وطب الألم ، منحة العلوم الأساسية ؛ من قبل مؤسسة الأبحاث الوطنية الكورية تمنح 2014R1A3A2030423 و 2012 M3A9C404878 ؛ ومن خلال منح مجلس البحوث الأسترالي CE140100011 والزمالة الحائزة على جائزة مجلس البحوث الأسترالي والزمالات المستقبلية.

الإفصاحات ذات الصلة

لقد قام Blumberg و Kasper بتقديم براءة اختراع لـ باكتيرويديز الهشة α-galactosylceramides (BfaGCs) والهياكل ذات الصلة. قام كل من Oh و Park و Kasper بتقديم براءة اختراع عن وظائف BfaGCs والهياكل ذات الصلة.

التعليقات

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *