纳米材料影响肠道微生物群和免疫系统的相互作用

　　

卡罗林斯卡研究所的研究人员进行的一项新研究表明，肠上皮细胞中的芳香烃受体(AhR)能够感知纳米材料氧化石墨烯，并激活被称为先天淋巴样细胞的特定免疫细胞。

从电子产品到生物分子传感器，纳米材料氧化石墨烯可以通过肠道微生物群间接影响免疫系统，这一点在卡罗林斯卡研究所的研究人员对斑马鱼的一项新研究中得到证实。该研究结果发表在《自然纳米技术》杂志上。

            

“这表明，我们必须将肠道微生物组纳入我们对纳米材料如何影响免疫系统的理解中，”该论文的通讯作者、卡罗林斯卡研究所环境医学研究所教授Bengt Fadeel说。“我们的研究结果对于识别纳米材料的潜在不利影响以及在新材料中减轻或防止这种影响非常重要。”

石墨烯是一种极薄的材料，比人的头发还薄一百万倍。它由一层碳原子组成，比钢更坚固，但灵活、透明、导电。这使得它在众多应用中非常有用，包括在配备可穿戴电子设备的“智能”纺织品中，以及作为复合材料的组成部分，以增强现有材料的强度和导电性。

随着石墨烯基纳米材料的使用越来越多，人们需要研究这些新材料如何影响人体。纳米材料对免疫系统的影响已经为人所知，近年来的一些研究表明，它们还可以影响肠道微生物群，即胃肠道中自然存在的细菌。

纳米材料、肠道微生物组和免疫之间的关系是本研究的主题，使用斑马鱼进行。研究的纳米材料是氧化石墨烯，它可以被描述为由碳原子和氧原子组成的石墨烯的亲戚。与石墨烯不同的是，氧化石墨烯可溶于水，对医学研究很有意义，例如，作为一种在体内输送药物的手段。

在这项研究中，研究人员将成年斑马鱼通过水暴露在氧化石墨烯中，并分析了它是如何影响微生物组的组成的。他们使用了正常的鱼和肠细胞中缺乏一种受体分子的鱼，这种受体分子被称为芳香烃受体，通常缩写为AhR，是一种各种内源性和细菌代谢物的受体。

AhR影响肠道微生物群

“我们能够证明，当我们将鱼暴露在氧化石墨烯中时，肠道微生物组的组成发生了变化，即使是在低剂量下，AhR也会影响肠道微生物组，”该研究的第一作者、卡罗林斯卡学院环境医学研究所的博士后研究员彭国涛说。

研究人员还培育了完全缺乏天然肠道微生物组的斑马鱼幼虫，这使得研究单个微生物组成分的影响成为可能，在这种情况下，丁酸(一种脂肪酸)是由某些类型的肠道细菌分泌的。已知丁酸能与AhR结合。

在此过程中，研究人员发现氧化石墨烯和丁酸的组合在鱼体内产生了所谓的2型免疫。结果表明，这种效应依赖于肠道细胞中AhR的表达。

“这种类型的免疫通常被视为对寄生虫感染的反应。我们的解释是，肠道免疫反应可以以类似于处理寄生虫的方式处理氧化石墨烯，”彭国涛说。

使用一种先进的方法绘制免疫细胞，研究人员还能够证明，在斑马鱼幼虫中发现了一种称为先天淋巴细胞的免疫系统组成部分。

“这表明斑马鱼是研究免疫系统的一个很好的模型，包括原始或先天免疫系统，”Bengt Fadeel说。

这项研究由石墨烯旗舰项目资助，这是一个由哥德堡查尔姆斯理工大学协调的欧盟项目。