纳米材料影响肠道微生物组和免疫系统相互作用

瑞典卡罗林斯卡医学院的研究人员对斑马鱼进行的一项新研究表明，纳米材料氧化石墨烯用于从电子产品到生物分子传感器的所有领域，可以通过肠道微生物组间接影响免疫系统。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、卡罗林斯卡学院环境医学研究所教授BengtFadeel说。“我们的结果对于识别纳米材料的潜在不利影响以及减轻或防止新材料中的此类影响非常重要。”

石墨烯是一种极薄的材料，比人的头发细一百万倍。它由单层碳原子组成，比钢更坚固，但具有柔韧性、透明性和导电性。这使得它在多种应用中非常有用，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。

随着基于石墨烯的纳米材料使用的增加，需要检查这些新材料如何影响身体。众所周知，纳米材料会影响免疫系统，近年来的一些研究表明，它们还会影响肠道微生物群，即胃肠道中天然存在的细菌。

纳米材料、肠道微生物组和免疫力之间的关系一直是本使用斑马鱼进行的研究的主题。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，氧化石墨烯可溶于水，并且对医学研究很感兴趣，例如，作为在体内输送药物的手段。

在这项研究中，研究人员通过水将成年斑马鱼暴露于氧化石墨烯，并分析了它如何影响微生物组的组成。他们使用了正常鱼类和肠道细胞中缺乏受体分子的鱼类，称为芳基烃受体，通常缩写为AhR，是各种内源性和细菌代谢物的受体。

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

研究人员还培育出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。已知丁酸能够与AhR结合。

通过这样做，研究人员发现氧化石墨烯和丁酸的结合在鱼体内产生了所谓的2型免疫力。事实证明，这种效果取决于肠细胞中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，肠道免疫反应可以像处理寄生虫一样处理氧化石墨烯，”彭国涛说。

使用一种绘制免疫细胞图谱的先进方法，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性淋巴样细胞的免疫系统成分。

“这表明斑马鱼是研究免疫系统的良好模型，包括原始或先天免疫系统，”BengtFadeel说。