羅莎琳達(dá)·羅伯茨（Rosalinda Roberts）是美國(guó)阿拉巴馬大學(xué)的神經(jīng)學(xué)家,她已經(jīng)習(xí)慣于在大腦中看到各種奇怪的形狀.過(guò)去30多年里,她在電子顯微鏡下觀(guān)察了無(wú)數(shù)的大腦組織,經(jīng)常會(huì)遇到“未知物體”——不應(yīng)該出現(xiàn)在組織里的小顆�；蛐∏蝮w,而且似乎與她研究的突觸等結(jié)構(gòu)沒(méi)什么關(guān)系.她解釋道：“我會(huì)說(shuō),‘好吧,我不會(huì)注意那些.’”現(xiàn)在一切都改變了.
在大腦中發(fā)現(xiàn)細(xì)菌通常是非常糟糕的消息.人體通過(guò)血腦屏障來(lái)保護(hù)大腦免受各種細(xì)菌的侵襲,而大腦也被認(rèn)為是一個(gè)無(wú)菌器官.當(dāng)屏障被破壞時(shí),諸如腦炎和腦膜炎等疾病就可能發(fā)生.當(dāng)羅伯茨和她的同事,夏琳·法默（Charlene Farmer）和考特尼·沃克（Courtney Walker）,意識(shí)到組織玻片中的這些未知物體其實(shí)是細(xì)菌時(shí),都感到非常驚訝.
這些細(xì)菌中有許多剛好處在“舉步欲邁”的時(shí)刻,正準(zhǔn)備進(jìn)入神經(jīng)元或穿過(guò)軸突.還有些細(xì)菌正處于分裂過(guò)程.它們還很挑剔,十分偏愛(ài)大腦中的某些區(qū)域,而周?chē)拇竽X組織并沒(méi)有出現(xiàn)炎癥跡象.當(dāng)這些細(xì)菌存在于大腦中時(shí),如果那個(gè)人是活著的,就說(shuō)明它們并不是致病菌.
如果研究結(jié)果能被證實(shí)——尚未明確排除污染的可能——那么這項(xiàng)工作就開(kāi)辟了研究微生物組和疾病的新途徑.研究小組在今年11月的神經(jīng)科學(xué)協(xié)會(huì)年會(huì)上發(fā)表了他們的結(jié)果.近日,Nautilus網(wǎng)站采訪(fǎng)了羅莎琳達(dá)·羅伯茨,以下就是此次訪(fǎng)談的主要內(nèi)容.
你覺(jué)得是什么使你的圖像引起這么多人的關(guān)注？
如果在一個(gè)人活著的時(shí)候,真的有細(xì)菌從腸道進(jìn)入大腦,那這就是真正的范式轉(zhuǎn)變,因?yàn)榇竽X與其他器官相比,一直都被認(rèn)為是無(wú)菌的.在非創(chuàng)傷 非感染的大腦組織樣品中找到細(xì)菌,完全出乎了我們的意料.
這一系列研究是如何開(kāi)始的？
我的整個(gè)職業(yè)生涯幾乎都在研究精神分裂癥.我的研究方法是觀(guān)察精神分裂癥患者死后大腦中可能存在的突觸差異和病理學(xué)特征.多年來(lái),在看到這些未知物體時(shí),我會(huì)忽視它們.然后,我有一個(gè)本科生,考特尼·沃克,她正在阿拉巴馬大學(xué)修讀榮譽(yù)課程.當(dāng)時(shí)她研究的是黑質(zhì)（substantia nigra）,這是大腦中含有多巴胺神經(jīng)元的區(qū)域.她一直看到這些物體——我們稱(chēng)之為“那些東西”——并且一直在探討這個(gè)問(wèn)題.這開(kāi)始成為困擾實(shí)驗(yàn)室的一個(gè)謎團(tuán).
你是怎么知道這些物體是細(xì)菌的？
根據(jù)形態(tài)學(xué)標(biāo)準(zhǔn),我開(kāi)始懷疑它們是細(xì)菌.我向一位細(xì)菌學(xué)家展示了這些圖片,他說(shuō)“這些是細(xì)菌”.然后,我們又進(jìn)行了一次核糖體分析,發(fā)現(xiàn)它們是腸道細(xì)菌.這非常有趣,因?yàn)槟壳皩W(xué)界對(duì)腸道-大腦的研究很感興趣.
我們對(duì)腸道-大腦行為的了解有多少？
你可以通過(guò)調(diào)整微生物群來(lái)操縱（動(dòng)物的）行為和認(rèn)知,甚至結(jié)構(gòu).以無(wú)菌小鼠為例,它們體內(nèi)沒(méi)有微生物群,如果你用糞便移植的方法將正常小鼠的糞便植入它們體內(nèi),就會(huì)使它們的許多行為得到改善.如果你將幽門(mén)螺旋桿菌植入小鼠體內(nèi),它們就會(huì)產(chǎn)生新的認(rèn)知和行為問(wèn)題.患有不同疾病的人體內(nèi)具有不同的糞便微生物群.帕金森氏癥患者體內(nèi)的微生物群就與其他人不同.
研究者提出了哪些描述微生物群影響大腦的機(jī)制？
我還沒(méi)見(jiàn)到這樣的研究.關(guān)于信息通過(guò)什么路線(xiàn)進(jìn)入大腦的問(wèn)題,可能有很多猜測(cè).其中一個(gè)猜測(cè)是,信息通過(guò)支配胃部的神經(jīng)向上傳遞,其中一條神經(jīng)便是迷走神經(jīng).在一項(xiàng)研究中,科學(xué)家切斷了迷走神經(jīng),結(jié)果就再也不能通過(guò)改變微生物群的方法來(lái)操縱大腦行為.這表明無(wú)論他們?cè)谧鍪裁?都與迷走神經(jīng)有關(guān)；至于究竟做了什么,他們并未說(shuō)明.
如果細(xì)菌真的能從腸道進(jìn)入大腦,那它們是如何做到的？
我不是微生物學(xué)家,所以也只能做出推測(cè).細(xì)菌如果從迷走神經(jīng)進(jìn)入大腦,就必須鉆入髓鞘,并通過(guò)內(nèi)部運(yùn)輸?shù)竭_(dá)迷走神經(jīng)背核,然后離開(kāi)并進(jìn)入大腦的其他區(qū)域.這些細(xì)菌也可能通過(guò)血腦屏障進(jìn)入大腦.大腦中有些地方并不十分緊密,比如一個(gè)被稱(chēng)為“化學(xué)敏感觸發(fā)區(qū)”的區(qū)域.該區(qū)域位于腦干,是血腦屏障中充滿(mǎn)孔洞的地方.之所以會(huì)這樣,是因?yàn)榇竽X有時(shí)需要知道你是不是吃了有毒的東西,從而觸發(fā)嘔吐反應(yīng).由于類(lèi)似的原因,垂體周?chē)难X屏障也不是很緊密.我想更仔細(xì)地觀(guān)察這些血腦屏障中存在許多孔洞的區(qū)域,看那里是否有更多的細(xì)菌.
你看到的細(xì)菌是否會(huì)偏愛(ài)大腦中的某些部分？
我們看到,它們喜歡鉆到血腦屏障周?chē)男切文z質(zhì)細(xì)胞內(nèi)部.它們還喜歡鉆到軸突中.軸突是進(jìn)行信息傳遞的大腦區(qū)域之間突出的部分,表面覆蓋著富含脂質(zhì)的髓鞘.此外,在小鼠（而非人類(lèi)）體內(nèi),細(xì)菌喜歡進(jìn)入神經(jīng)元的細(xì)胞核.目前還不清楚這意味著什么.它們?yōu)槭裁聪矚g侵入某些細(xì)胞類(lèi)型？我知道某些細(xì)菌種類(lèi)喜歡脂肪,另一些喜歡糖類(lèi).髓鞘含有很多脂質(zhì),而星形膠質(zhì)細(xì)胞含有糖類(lèi).細(xì)菌的分布也表明我們的觀(guān)察并不完全是由于污染,否則我們就會(huì)其他地方也發(fā)現(xiàn)細(xì)菌,而不僅限于特定區(qū)域.
有沒(méi)有可能這些是在人死后進(jìn)入大腦的細(xì)菌？
這正是我最初的想法.也許這些細(xì)菌是在人死后入侵了大腦,并開(kāi)始以大腦組織為食.但是,它們也出現(xiàn)于那些死亡時(shí)立即被固定的小鼠大腦中,沒(méi)有任何死后人為干預(yù)或時(shí)間可以讓細(xì)菌入侵.因此,這并不是一種死后人為改變的現(xiàn)象.而且,在處理過(guò)程中,大腦不是放在固定劑中,就是在冷凍.我無(wú)法解釋細(xì)菌在人為處理之后還能進(jìn)入大腦.它們?yōu)槭裁匆M(jìn)入一個(gè)不友好的 固定在抗菌溶液里的大腦呢？
你能排除其他形式的污染嗎？
現(xiàn)在我還不能排除污染的可能性.但是,即使這是污染,細(xì)菌的分布也非常特別.它們傾向于特定的細(xì)胞間部分,這本身就非常有趣.我們必須通過(guò)非常系統(tǒng)的研究來(lái)排除污染的可能性,一切都經(jīng)過(guò)滅菌和高壓消毒,準(zhǔn)備無(wú)菌小鼠 常規(guī)小鼠和人類(lèi)大腦的樣品.
你觀(guān)察的大腦是否應(yīng)為細(xì)菌而出現(xiàn)任何炎癥跡象？
這些細(xì)菌似乎沒(méi)有引起炎癥反應(yīng).這很特別,因?yàn)槟阋詾樗鼈儠?huì).這意味著,或者整個(gè)事情是死后或固定之后的污染,或者它們只是對(duì)大腦沒(méi)有致病性.
這些細(xì)菌是活的嗎？
我認(rèn)為它們是活著的.顯然它們看起來(lái)很健康.死亡細(xì)菌看起來(lái)有點(diǎn)像幽靈,只是碎片化的細(xì)胞形態(tài).這些細(xì)菌看起來(lái)不是那樣.如果它們當(dāng)時(shí)活著,并且在死后大腦中被凍結(jié)在某一時(shí)刻,那將非常有趣.我想知道能否培養(yǎng)我看到的這些細(xì)菌,觀(guān)察它們是不是真的活著,然后做一些實(shí)驗(yàn),了解它們喜歡大腦不同區(qū)域的原因.我們進(jìn)行的16S微生物組分析并不能告訴你有多少細(xì)菌,或者它們是否活著.
你們有沒(méi)有看到死亡的細(xì)菌？
我沒(méi)看到死亡的細(xì)菌.通常它們會(huì)被巨噬細(xì)胞吞噬,或者在溶酶體途徑中被處理掉.我看到的細(xì)菌具有完整的結(jié)構(gòu),其中許多具有中隔的細(xì)胞板,表明它們正在分裂.
你們使用的另一組對(duì)照是無(wú)菌小鼠的大腦,你們看到了什么？
我們看到的是4個(gè)無(wú)菌的小鼠大腦.其中兩個(gè)用16S微生物組分析進(jìn)行了檢查,顯示它們不具有任何細(xì)菌.但是,微生物組分析不能告訴你有多少細(xì)菌,只能告訴你在一個(gè)給定樣品中不同細(xì)菌的比例.所以,假設(shè)無(wú)菌小鼠體內(nèi)有0.0001克細(xì)菌,野生型小鼠體內(nèi)有150克細(xì)菌,而微生物組分析不能反映這些.你可以在16S微生物組分析中發(fā)現(xiàn)在食物中被殺死的細(xì)菌片段.我們還需要檢測(cè)16S分析中使用的試劑,看看是否有任何試劑引入了細(xì)菌.
你們還想做什么嘗試？
我得到的方法建議之一,是將標(biāo)記的細(xì)菌移植到無(wú)菌小鼠體內(nèi),看它們進(jìn)入大腦需要多長(zhǎng)時(shí)間.我還想看看我的那些死后標(biāo)本,看看不同的疾病是否會(huì)改變大腦中細(xì)菌的位置或細(xì)菌的類(lèi)型.有趣的是,我沒(méi)有在大腦中看到任何幽門(mén)螺旋桿菌.這是一種據(jù)稱(chēng)能導(dǎo)致認(rèn)知障礙的細(xì)菌.
為什么選擇在海報(bào)上展示這項(xiàng)研究？
我需要了解科學(xué)界對(duì)該研究的看法.我想看看自己能否聯(lián)系上一些微生物學(xué)家,或者其他可能正在以我很難做到的方法研究這一問(wèn)題的人.于是,結(jié)果就是這樣.我已經(jīng)接到一些科學(xué)家的電話(huà),說(shuō)“嗨,讓我們交換論文,談一談這個(gè)問(wèn)題吧”.一篇論文的發(fā)表需要很長(zhǎng)時(shí)間,到它真正發(fā)表時(shí),你可能已經(jīng)在做別的事情了.因此,通過(guò)這種（海報(bào)的）形式,你可以展示初步的工作,與同行交談并了解他們的想法,討論下一步的目標(biāo),而不是僅僅坐在你的辦公室里,撓著頭問(wèn)自己,“這到底是什么？”
為什么你認(rèn)為只有自己的實(shí)驗(yàn)室取得了這一發(fā)現(xiàn)？
世界上并沒(méi)有那么多電子顯微鏡專(zhuān)家.現(xiàn)在的神經(jīng)學(xué)家想要了解分子 細(xì)胞內(nèi)部 機(jī)械論以及更加全面的信息.對(duì)人類(lèi)死后的電子顯微鏡檢查非常少見(jiàn),只有另外一個(gè)研究小組在做這個(gè).這個(gè)研究需要電子顯微鏡專(zhuān)家與“大腦銀行”合作,或者取得一個(gè)死后間隔非常 非常短的大腦組織標(biāo)本.這樣的組合并不總是會(huì)一起發(fā)生.
你所領(lǐng)導(dǎo)的“阿拉巴馬大腦標(biāo)本館”（Alabama Brain Collection）似乎是這項(xiàng)研究的重要資產(chǎn)？
是的,但是我要說(shuō)明一下.對(duì)于電子顯微鏡,你需要在死亡后8小時(shí)內(nèi)處理大腦.目前平均的死后時(shí)間間隔接近24或30小時(shí).因此,實(shí)際上可能只有10%或15%的受試樣品適合電子顯微鏡檢查.
