Nature: 致病菌才是痛觉来源

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2013/08/26

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来自波士顿儿童医院的科学家们报道发现，耐甲氧西林金黄色葡萄球菌引起的侵入性皮肤感染及其他的严重疼痛性感染所造成的疼痛，似乎并非如从前认为的那样是由于身体免疫反应所导致，而是由这些侵入细菌自身诱导产生。并且，他们的研究证实一旦痛觉神经元“感知”这些细菌，它们会抑制免疫系统，有可能帮助增强了细菌的毒力。

这项在小鼠模型中完成，在线发表在8月21日的《自然》（Nature）杂志上的新研究，有可能改变医生们思考如脑膜炎、坏死性筋膜炎、泌尿道感染、龋齿和肠道感染等各种侵入性、疼痛性感染的方式。

“如果我们能够阻断感染组织的疼痛，并且能阻止痛觉神经对免疫系统的所作所为，可能有助于我们更好地治疗细菌感染，”研究的第一作者、波士顿儿童F.M. Kirby神经生物学项目部Clifford Woolf博士实验室神经免疫学家Isaac Chiu说。

在启动这项研究之前，Chiu和共同作者Christian A. Von Hehn博士曾将感觉神经元与免疫细胞放在一个培养皿中培养，观察感染过程中它们如何相互作用。“令人惊讶地是，神经元立刻对细菌做出了反应，”Chiu说。

这激励了他们转向研究活体皮肤感染模型，与波士顿儿童医院细胞和分子医学项目部Michael Carroll博士实验室的研究生Balthasar Heesters密切合作，第一次利用他们的知识来研究疼痛。

“发现痛觉神经元一旦受到细菌激活便会抑制免疫系统，同样出乎我们的意料之外。我当时想它们应该是做相反的事情，”Chiu说。

为什么激活的痛觉神经元会试图去削弱对感染的免疫反应？Chiu猜测，神经元正在致力保护组织免受炎症免疫反应造成的进一步伤害——细菌可能利用了一种保护性机制来让它们获利。

在这项研究中，Chiu和同事们检测了葡萄球菌皮肤感染小鼠的疼痛、组织肿胀、小鼠体内的免疫细胞及活菌数量。他们发现疼痛水平与活菌数量密切相关，并在组织肿胀达到最大之前到达高峰，疼痛的原因在于细菌，而不是局部的炎症反应。研究小组还证实了细菌、痛觉神经元与免疫系统关键细胞之间的沟通。

细菌“与神经元对话”

研究表明，金黄色葡萄球菌分泌了两种化合物与感觉神经元沟通，诱导疼痛：

•N-甲酰基肽（N-formyl peptides）：研究小组证实，痛觉神经元携带着检测这些肽的受体：FPR1受体。当小鼠不能生成这些受体时，它们的疼痛反应减轻。

•成孔毒素（Pore-forming toxin）：其他毒力细菌也分泌这些蛋白质，它们停靠感觉神经末梢，在细胞膜上形成大孔让离子进入到细胞中，触发神经发出疼痛信息。成孔毒素被称作为α毒素，已知可以帮助金黄色葡萄球菌传播至皮肤和肺。

这些研究结果表明，通过阻断FPR1受体，阻断感觉神经元上的α毒素 (ADAM10) 受体，或是通过这些孔传递药物，有可能成为阻断疼痛信号的新方法。Chiu说，这些方法还有可能阻止神经元抑制免疫反应，但这还有待证实。

抑制免疫系统

进一步的小鼠实验表明，在局部感染位点感觉神经元以两种方式抑制了免疫反应，有可能使得细菌得以繁殖：

•天然免疫：激活的痛觉神经元减少了感染第一重要救援者：中性白细胞和单核细胞的流入。当在小鼠体内通过遗传技术除去这些神经元时，免疫细胞的数量增多。研究小组进一步证实，神经元是通过一些肽分子与免疫细胞对话的。例如，一种叫做CGRP的分子阻止了巨噬细胞生成TNF-α，这一重要的信号可以召集免疫防御对抗细菌。

• 引流淋巴结：通常情况下，入侵细菌的抗原会从感染位点引流到淋巴结，在那里T细胞和B细胞聚集，产生身体第二波免疫反应。研究小组证实，激活的痛觉神经元减少了T细胞和B细胞迁移到淋巴结。在除去痛觉神经元的感染小鼠体内，淋巴结中有更多的T细胞和B细胞。

研究人员计划进一步研究疼痛-细菌-免疫系统之间的关系，探讨能阻断毒力细菌感染引起的疼痛，并可能对抗免疫抑制的治疗。

Chiu 总结说：“我们发现免疫系统的主要部分并非是感染过程中疼痛的必要条件，而细菌自身才是许多疼痛的根源。在感染过程中治疗疼痛，我们或许需要考虑如何阻断致病元件本身，而不仅仅是免疫/炎症信号通路。我们还发现激活后的感觉神经元调解了免疫系统。尽管我们还没有证实，这表明了毒力菌株能够引起疼痛，使得它们可以利用神经元来抑制免疫，或许给予了它们一种优势。”

参考文献

补充文献

Bacteria activate sensory neurons that modulate pain and inflammation

文献检索：Nature (2013) doi:10.1038/nature12479Nociceptor sensory neurons are specialized to detect potentially damaging stimuli, protecting the organism by initiating the sensation of pain and eliciting defensive behaviours. Bacterial infections produce pain by unknown molecular mechanisms, although they are presumed to be secondary to immune activation. Here we demonstrate that bacteria directly activate nociceptors, and that the immune response mediated through TLR2, MyD88, T cells, B cells, and neutrophils and monocytes is not necessary for Staphylococcus aureus-induced pain in mice. Mechanical and thermal hyperalgesia in mice is correlated with live bacterial load rather than tissue swelling or immune activation. Bacteria induce calcium flux and action potentials in nociceptor neurons, in part via bacterial N-formylated peptides and the pore-forming toxin α-haemolysin, through distinct mechanisms. Specific ablation of Nav1.8-lineage neurons, which include nociceptors, abrogated pain during bacterial infection, but concurrently increased local immune infiltration and lymphadenopathy of the draining lymph node. Thus, bacterial pathogens produce pain by directly activating sensory neurons that modulate inflammation, an unsuspected role for the nervous system in host–pathogen interactions.

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