炭疽细菌(炭疽杆菌)的孢子
信用:疾控中心 炭疽有着可怕的名声
众所周知，炭疽杆菌会导致人类严重的肺部感染以及家畜和人类难看但无痛的皮肤损伤，甚至被用作恐怖武器
现在，一项新研究的发现表明，这种可怕的微生物也有意想不到的有益潜力——它的一种毒素可以抑制动物的多种疼痛
研究表明，这种特殊的炭疽毒素可以改变痛觉神经元的信号，当以靶向方式输送到中枢和外周神经系统的神经元时，可以缓解动物的痛苦
这项工作由哈佛医学院的研究人员与行业科学家和其他机构的研究人员合作领导，于12月发表
自然神经科学20
此外，研究小组将部分炭疽毒素与不同类型的分子货物结合，并将其输送到痛觉神经元中
该技术可用于设计新型精确靶向疼痛治疗，作用于疼痛受体，但没有目前止痛药物(如阿片类药物)的广泛全身效应
“这种利用细菌毒素将物质输送到神经元并调节其功能的分子平台代表了一种靶向痛觉介导神经元的新方法，”研究高级研究员、哈佛医学院布拉瓦茨尼克研究所免疫学副教授艾萨克·赵说
研究人员表示，扩大目前疼痛治疗手段的需求仍然十分迫切
阿片类药物仍然是最有效的止痛药，但它们有危险的副作用——最明显的是它们能够重新连接大脑的奖励系统，这使它们高度上瘾，以及它们抑制呼吸的倾向，这可能是致命的
这项研究的第一作者尼科尔·杨(Nicole Yang)说:“临床上仍然非常需要开发非阿片类疼痛疗法，这些疗法不会上瘾，但能有效抑制疼痛。”
“我们的实验表明，一种策略，至少在实验上，可能是使用这种细菌毒素专门针对疼痛神经元
" 然而，研究人员警告说，就目前而言，这种方法仍然是纯粹的实验性的，仍然需要在更多的动物研究中进行测试和进一步的微调，最终在人类中进行
准备连接 赵实验室的研究人员长期以来一直对微生物与神经和免疫系统之间的相互作用感兴趣
邱领导的过去的工作已经证明，其他致病细菌也可以与神经元相互作用，改变它们的信号来放大疼痛
然而，到目前为止，只有少数研究关注某些微生物是否可以减轻或阻断疼痛
这就是赵和杨打算做的
在目前的研究中，他们首先试图确定痛觉神经元与人体内其他神经元的区别
为此，他们首先求助于基因表达数据
引起他们注意的一件事是:痛觉纤维有炭疽毒素受体，而其他类型的神经元没有
换句话说，痛觉纤维在结构上被引导与炭疽细菌相互作用
他们想知道为什么
新发表的研究揭示了这个问题
研究结果表明，当背根神经节(将疼痛信号传递到脊髓的神经)的感觉神经元与炭疽杆菌自身制造的两种特定蛋白质连接时，疼痛沉默就会发生
实验表明，当一种细菌蛋白质，保护性抗原(PA)与神经细胞受体结合时，就会发生这种情况。它形成一个孔，作为另外两种细菌蛋白质，水肿因子(EF)和致死因子(LF)进入神经细胞的通道
这项研究进一步证明了PA和EF一起，统称为水肿毒素，改变了神经细胞内部的信号——实际上沉默了疼痛
利用微生物进化的怪癖进行新的治疗 在一系列实验中，研究人员发现炭疽毒素改变了培养皿中人类神经细胞的信号，在活体动物中也是如此
将这种毒素注射到老鼠的下棘产生了有效的止痛效果，防止动物感受到高温和机械刺激
重要的是，动物的其他生命体征，如心率、体温和运动协调性没有受到影响——这一观察强调了这种技术在靶向疼痛纤维和阻断疼痛方面具有高度的选择性和准确性，而没有广泛的系统影响
此外，给小鼠注射炭疽毒素可以减轻另外两种疼痛的症状:炎症引起的疼痛和神经细胞损伤引起的疼痛，这种疼痛通常出现在外伤和某些病毒感染后，如带状疱疹或带状疱疹，或者作为糖尿病和癌症治疗的并发症
此外，研究人员观察到，随着疼痛的减轻，经过处理的神经细胞在生理上保持完整——这一发现表明，疼痛阻断效应不是由于神经细胞的损伤，而是源于它们内部信号的改变
在最后一步中，研究小组用炭疽蛋白设计了一种运载工具，并用它向神经细胞输送其他止痛物质
其中一种物质是肉毒杆菌毒素，这是另一种潜在的致命细菌，以其改变神经信号的能力而闻名
这种方法也阻止了老鼠的疼痛
实验证明，这可能是一种新的靶向疼痛的递送系统
“我们提取了炭疽毒素的一部分，并将其融合到我们想要运送的蛋白质货物中，”杨说
“在未来，人们可以想到不同种类的蛋白质来提供靶向治疗
" 科学家警告说，随着工作的进展，毒素治疗的安全性必须得到仔细监测，特别是考虑到炭疽蛋白在感染过程中破坏了血脑屏障的完整性
新的发现提出了另一个有趣的问题:从进化的角度来说，为什么微生物会抑制疼痛？ 赵认为一种解释——一种高度推测性的解释，他补充道——可能是微生物已经发展出了与宿主相互作用的方式，以促进自身的传播和生存
就炭疽而言，这种适应机制可能是通过改变信号来阻断宿主感知疼痛的能力，从而阻断微生物的存在
邱补充说，这一假设可能有助于解释为什么炭疽细菌有时形成的黑色皮肤损伤特别无痛
新发现还指出了药物开发的新途径，超越了目前正在实验室间设计的传统小分子疗法
“带来一种治疗疼痛的细菌疗法提出了一个问题‘我们能从自然界和微生物世界中开采镇痛药吗？’”邱说
“这样做可以增加我们在寻找解决方案时所期待的物质类型的范围和多样性
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