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利用细菌治疗眼疾科学家借基因工程改造眼睛!

(2019-08-27 14:49:43)

你的肠道和皮肤是微生物--真菌、细菌和病毒--的家园,这些微生物对人类健康至关重要。但是眼睛里也有一群微生物,它们合在一起被称为眼睛微生物群。当这些微生物失衡时(某些类型的微生物过多或过少),就会出现眼部疾病。

最近的一项研究表明,细菌寄生在眼睛表面,并刺激了保护性免疫,科学家们开始发现可以利用微生物因素为一系列眼疾创造新疗法,如干眼症、干燥综合征和角膜瘢痕。也许有一天,人类可以利用细菌来治疗眼疾。

Tony St. Leger(一位研究在眼睛领域如何避免感染的免疫学家),他之所以对眼睛感兴趣,是因为如果能够了解细菌如何影响免疫机制,可能帮助约100万人次因眼部感染而就诊的患者,而这项研究可以帮助美国每年能节省1.74亿美元(约合人民币12.43亿元)。

眼球上的微生物

通常我们讨论微生物群时,一般讨论的是肠道微生物,研究人员认为一个结肠可以容纳超过10万亿的细菌。现在将更多的注意力放在微生物对其他部位的作用上,包括我们熟悉的皮肤、肺、阴道和眼睛。

微生物群在眼睛健康中所起的作用一直有10年之久的争议。一部分科学家认为健康的眼睛缺少有组织的微生物群。空气里、手中或眼睑边缘的细菌都有可能存在于眼睛里;很多人认为这些微生物,不过是被眼泪消灭或带走了。

最近,科学家们才证实,眼睛确实有一个"核心"微生物群,似乎与年龄、地理区域、种族、隐形眼镜佩戴情况和疾病状况有关。"核心"微生物群包含葡萄球菌、白喉类、丙酸杆菌和链球菌四种。

除了这些细菌外,圆环病毒(与一些眼内疾病有关)也被认为是"核心"微生物群的一员,它存在于65%的健康个体的眼睛表面。医生在开抗生素处方时应该更深入地考虑微生物群的风险和益处。因为抗生素可以杀死对眼睛有益的细菌。

最近一项跨越十多年、包括美国34万多名患者的研究中,作者发现,60%的急性结膜炎(粉红眼)患者使用抗生素治疗。事实上,最有可能导致粉红眼睛的原因是病毒感染,且不能用抗生素治疗。

更令人震惊的是,即使是由细菌引起的病例,也常常在7-10天内无需干预就能痊愈。然而,过量或不当使用抗生素会破坏微生物群,从而导致感染、自身免疫甚至癌症等疾病的发生。

发现一种眼部定植的微生物

在过去的十年里,评估眼部微生物群和疾病的研究蓬勃发展。他们已经生成了大量的数据,大多数数据表明某些细菌与某些疾病有关,如干燥综合征或细菌性角膜炎。然而,这些细菌是否一定会导致这些疾病还需要收集更多的证据。

在美国国家眼科研究所(National Eye Institute)工作期间,Tony St. Leger用老鼠来识别眼睛表面的细菌是否能够刺激免疫反应,以保护眼睛免受致盲病原体的侵害,比如绿脓杆菌(Pseudomonas aeuruginosa)。

2016年,美国国家眼科研究所(National Eye Institute)的眼部免疫学家Rachel Caspi和Tony St. Leger做了一个假设,保护性细菌就生活在眼睛附近或眼睛表明上。他们发现了一种常驻细菌——乳腺炎棒杆菌Corynebacterium mastitidis (C. mast),它刺激免疫细胞产生并释放抗菌因子,进入眼泪消灭有害微生物。

通过一系列的实验,Rachel Caspi实验室首次证明了乳腺炎棒杆菌(C. mast)与保护性免疫反应之间的因果关系。当C. mast出现在眼睛表面时,小鼠对两种已知致盲细菌(白色念珠菌和绿脓杆菌)更具有抵抗力。

现在,在Tony St. Leger的实验室里,研究人员想利用C. mast和眼睛免疫之间的这种关系,开发新的治疗方法来预防类似感染类疾病,并针对其他更广泛的疾病,如干眼症。

改造微生物以改善眼部健康

Tony St. Leger开发这种疗法的第一步是理解细菌是如何在眼睛里繁殖的。为此,Leger的实验室正在与匹兹堡大学的坎贝尔实验室合作,该实验室是拥有美国范围最广的人类眼部细菌收藏库。通过独特的小鼠实验装置和先进的基因分析,研究人员可以利用这个微生物库开始确定微生物在眼睛表面定居所需的特定因素。

随后,研究人员与UPMC眼科中心的眼科医生和验光师一起开始分析健康和疾病患者眼睛内的免疫信号。在这方面,研究人员希望利用这项技术作为一种针对引起疾病的微生物的新诊断工具,而不是患了病立即采用广谱抗生素治疗眼部感染,刚刚也提到过,广谱抗生素会杀死有益的微生物。

最后,研究人员的一个更崇高的目标是通过基因工程改造眼睛定植细菌,使其成为眼睛表面的长期运载工具。同样的,在肠道中也有转基因细菌被证明可以缓解结肠炎等疾病。

研究人员希望这种新的"准眼症"疗法能够发挥作用,分泌免疫调节因子,从而限制与干眼症等病症相关的症状。在美国,每年约有400万人受到干眼症的影响。

医生开始通过治疗眼部微生物群,而达到根治眼部疾病之前,其实还有很多知识需要去掌握。也许有一天,人类将不再只是往干涩的眼睛里不停的滴眼药水,而只是采用滴入一些溶液里的细菌,让这些细菌在你的眼睛里定植,并分泌润滑剂和其他治疗成分。

参考资料:

【1】Bacteria live on our eyeballs-and understanding their role could help treat common eye diseases

【2】Gayton J .Etiology, prevalence, and treatment of dry eye disease.Clinical Ophthalmology. 7 July 2009 Volume 2009:3 Pages 405-412 DOI https://doi.org/10.2147/OPTH.S5555

【3】Lothar Steidler et al. Treatment of Murine Colitis by Lactococcus lactis Secreting Interleukin-10. Science 25 Aug 2000: Vol. 289, Issue 5483, pp. 1352-1355 DOI: 10.1126/science.289.5483.1352

【4】Abirami Kugadas et al. Impact of Microbiota on Resistance to Ocular Pseudomonas aeruginosa-Induced Keratitis. PLOS PATHOGENS. 2016. https://doi.org/10.1371/journal.ppat.1005855

【5】Ron Sender et al.Revised Estimates for the Number of Human and Bacteria Cells in the Body. PLOS Biology. https://doi.org/10.1371/journal.pbio.1002533

【6】Mark D.P.Willcox . Characterization of the normal microbiota of the ocular surface. Experimental Eye Research Volume 117, December 2013, Pages 99-105. https://doi.org/10.1016/j.exer.2013.06.003

【7】Estimated Burden of Keratitis - United States, 2010

原标题:400万干眼症人群有救了,科学家借基因工程改造眼睛!

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