無論如何，美國德克薩斯大學西南醫學中心團隊關於咳嗽的最新發現，都刷新了我的認知。
這個研究團隊首次發現，導致肺結核的致病性結核分枝桿菌（Mtb）竟然會產生一種特有的脂質分子，這個分子會激活傷害感受神經元，誘發咳嗽[1]。
要知道，咳嗽時產生的飛沫可是肺結核傳染的主要方式[2]。這不得不讓人猜想，結核桿菌正是通過主動誘發咳嗽，增強了自身的傳播性。
這項重要的研究成果發表在頂級期刊《細胞》上，通訊作者是傳染病學和微生物學專家Michael Shiloh博士。
作用機制圖
從去年年底開始，我們對咳嗽變得有點兒敏感。因為新冠肺炎的主要症狀之一就是咳嗽，而且咳嗽產生的飛沫等還會傳播新冠病毒。
其實，除了新冠病毒之外，其他的冠狀病毒，以及流感病毒、麻疹病毒、鼻病毒、百日咳和肺炎支原體等病原微生物的感染，都會出現以咳嗽為主的症狀，而且咳嗽產生的飛沫會傳播病原物。
不過，這些感染導致的咳嗽主要是通過上調一些受體的表達[3]，或者導致炎症[4]，誘發的被動咳嗽。
活動性肺結核的標誌性症狀就是持續性，有時出血的咳嗽。之前的研究也是認為，肺結核導致的咳嗽是炎症引起的[4]。不過，說是這麼說，但是一直苦於沒有直接的證據。
Michael Shiloh博士的思路和大家不一樣。他猜想是結核桿菌產生了特定的分子，直接導致了咳嗽。不過目前也沒有證據表明病原微生物會產生毒力分子影響氣道神經元[5]。
也就是說這個事情得Shiloh團隊自己去找證據。好在最近已經有很多研究表明，微生物與人體的神經細胞之間存在交流，微生物甚至會劫持人的神經細胞[6]。
微生物劫持神經元【6】
Shiloh團隊選擇了豚鼠作為研究對象。豚鼠雖然被作為研究結核桿菌的模式動物用了100多年了 [7]，但奇怪的是迄今還不知道結核桿菌感染會不會讓豚鼠咳嗽。
在本次研究中Shiloh團隊發現：豚鼠確實不容易出現咳嗽的現象，直到感染結核桿菌的第6周，肺部的細菌載量最高時，才會出現明顯的咳嗽。
研究豚鼠的過程和主要結論
緊接著Shiloh等從結核桿菌的培養液中提取脂質分子，然後用提取物處理豚鼠。研究人員看到了他們期待的一幕，
霧化的結核桿菌培養液提取物成功讓豚鼠咳嗽起來。如此看來，結核桿菌確實是分泌了什麼物質，並誘發了咳嗽。那麼結核桿菌培養液提取物誘發的咳嗽是直接刺激神經產生的，還是導致宿主出現炎症反應誘發的呢？
要解答這個問題，就得用提取物直接處理豚鼠的傷害感受神經元（nociceptive neurons），因為咳嗽是這個神經元調控的[8]。恰好傷害感受神經元的激活有個顯著的特點，那就是細胞內的鈣離子濃度飆升[9]。而細胞內鈣離子濃度的變化，是可以通過特定的染料定性觀察到的[10]。
在研究提取物對傷害感受神經元的激活作用時，Shiloh團隊還引入了辣椒素作為陽性對照組。辣椒誘發的咳嗽也是通過傷害感受神經元實現的。因此，通過與辣椒素的比較，可以感知結核桿菌誘發咳嗽的強度。
從實驗數據來看，結核桿菌培養液的提取物和辣椒素處理的45秒之後，Shiloh團隊就觀察到細胞內的鈣離子濃度飆升。這基本就證實了，結核桿菌確實會分泌直接激活傷害感受神經元的物質。
非常直觀地看神經元的活性變化
更重要的是，他們在人的同類型細胞中也觀察到了結核桿菌培養液的提取物的激活作用。而且，辣椒素只能激活56%的神經細胞，而結核桿菌培養液的提取物竟能激活所有神經細胞。
如此看來，
結核桿菌培養液提取物不僅能在體外激活豚鼠和人的傷害感受神經元，而且強度還很高。那Shiloh博士想要尋找的分子，究竟是什麼呢？
接下來，Shiloh團隊比較了多種細菌的培養液提取物，結果神經元的激活效應基本集中在結核桿菌這個群體。那就說明這個分子是結核桿菌獨有的唄。那就得從內部找線索。
隨後他們用一個致病性結核桿菌菌株，與它衍生的、不能激活傷害感受神經元的弱毒菌株做了比較。結果發現，那個弱毒菌株的轉錄因子基因PhoP發生了突變，導致它不能合成細胞壁糖脂SL-1[11]。
來源：utdallas.edu
細胞壁糖脂SL-1會不會就是Shiloh博士想要的答案呢？
他們立即純化出SL-1，並用SL-1處理了傷害感受神經元。
謝天謝地，神經元被激活了。
隨後他們在人和豚鼠傷害感受神經元的研究中進一步證實，SL-1可獨自激活神經元，而且它是致病性結核桿菌激活神經元所必需的分子。而且，純化的SL-1可以讓健康的豚鼠咳嗽。
總的來說，Shiloh博士團隊的研究證實了他們的猜想，也是首次發現結核桿菌會產生直接作用於神經元，誘發咳嗽的分子。這對於阻斷肺結核的傳播而言，無疑是個好消息，畢竟結核病仍然是全世界十大死亡原因之一。
“活動性結核病患者即使接受適當的治療，也會咳嗽數月，並傳播疾病。”Shiloh博士說[12]，“或許有一天，醫生可能會同時給予患者抗生素治療和預防咳嗽的藥物，從而阻斷肺結核的傳播。 ”
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參考資料：
[1].Ruhl C R, Pasko B L, Khan H S, et al. Mycobacterium tuberculosis Sulfolipid-1 Activates Nociceptive Neurons and Induces Cough[J]. Cell, 2020.
[2].Jones-López E C, White L F, Kirenga B, et al. Cough aerosol cultures of Mycobacterium tuberculosis: insights on TST/IGRA discordance and transmission dynamics[J]. PloS one, 2015, 10(9).
[3].Abdullah H, Heaney L G, Cosby S L, et al. Rhinovirus upregulates transient receptor potential channels in a human neuronal cell line: implications for respiratory virus-induced cough reflex sensitivity[J]. Thorax, 2014, 69(1): 46-54.
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[9].Glaser T, Castillo A R G, Oliveira Á, et al. Intracellular calcium measurements for functional characterization of neuronal phenotypes[M]//Embryonic Stem Cell Protocols. Humana Press, New York, NY, 2015: 245-255.
[10].Kao J P Y, Li G, Auston D A. Practical aspects of measuring intracellular calcium signals with fluorescent indicators[M]//Methods in cell biology. Academic Press, 2010, 99: 113-152.
[11].Chesne-Seck M L, Barilone N, Boudou F, et al. A point mutation in the two-component regulator PhoP-PhoR accounts for the absence of polyketide-derived acyltrehaloses but not that of phthiocerol dimycocerosates in Mycobacterium tuberculosis H37Ra[J]. Journal of bacteriology, 2008, 190(4): 1329-1334.
[12].https://www.utdallas.edu/news/health-medicine/tuberculosis-cough-pain-2020/
本文作者 | BioTalker
不由自主的咳嗽
