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別小看無腦水螅,牠可以用神經系統和細菌溝通呢!

MiTalk
・2019/05/24 ・2726字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 544 ・八年級

國民法官生存指南:用足夠的智識面對法庭裡的一切。

  • 許嘉合/中央研究院/生物多樣性研究中心/博士後研究員

由目前的證據推測,科學家們認為這可能是因為神經系統在演化上出現的時間比後天免疫系統還早,在後天免疫系統還沒發展出來的年代,神經系統在動物演化的長河中就扮演了與細菌房客交流的重要的角色!

「靠!絞痛又開始了,而且一陣比一陣還痛!」心裡忍不住的罵了髒話後,我還是認命的吞下ㄧ顆止痛藥。對許多受原發性經痛困擾的女性朋友來說,止痛藥才是我們的好朋友。真不知道痛覺神經演化出來折磨人幹麻?其實,這一切的始作俑者就讓我們怪罪給水螅與它的祖先!

水螅 (hydra) 生活在淡水中[註1], 屬於刺絲胞動物門 (Cnidaria)、水螅蟲綱 (Hydrozoa)。同樣隸屬於刺絲胞動物門的還有水母、海葵、珊瑚。它們擁有簡單的散漫神經系[註2],是第一群具有神經系統的動物。其中水螅因為構造簡單,培養、繁殖容易的特性,最適合拿來當模式物種來研究神經傳導。

水螅照片與形態。形態圖改繪自 GeoChembio.com , 照片/visualhunt
  • [註1]:水螅構造簡單,呈輻射對稱:觸手環繞在口部周圍用以捕食;基盤用來附著或移動。雌雄同體,有精巢和卵巢可行有性生殖,但通常行無性的出芽生殖。常見的種類有綠水螅與褐水螅。
水螅散漫神經系統示意圖。圖片改繪自 Murillo-Rincon et al . 2017 圖 1c 及Reese et al . 圖 49-2a。
  • [註2]:水螅擁有最簡單的散漫神經系統,神經系統缺乏統整訊息的中樞,具有兩種不同的神經細胞,包括感覺細胞 (sensorycells) 與多極神經元 (ganglionneurons)。水螅上皮細胞表層的黏膜主要成分為醣蛋白複合物,適合細菌居住。

神經系統的功能與定義一直都被認為是清晰無疑的:它可以接收環境中的物理、化學訊息,讓生物能感知、並能對這些訊息有所反應或行動。然而近年來科學家發現神經系統在演化初期可能具有不同功能,可能被用來與周遭環境中的微生物溝通,還能控制微生物菌相的組成。疑!這聽起來是不是很像後天免疫系統的工作內容?由目前的證據推測,科學家們認為這可能是因為神經系統在演化上出現的時間比後天免疫系統還早,在後天免疫系統還沒發展出來的年代,神經系統在動物演化的長河中就扮演了與細菌房客交流的重要的角色!

不會說話的水螅房東,如何和他的細菌房客溝通?

然而,水螅到底是怎麼利用神經系統來跟它們的細菌房客溝通的呢?在水螅 Hydra magnipapillata 的上皮細胞 (epithelialcell) 表面,有群細菌定居在那。裡面數量最多(佔了 75% 以上)的成員是 β- 變形菌綱(β-Proteobacteria)的成員,尤其是曲桿菌屬 (Curvibacter) 的菌種。第二多和第三多的居民則是 γ- 變形菌綱 (γ-Proteobacteria) 和擬桿菌門 (Bacteroidetes) 的菌種。

細菌房客的種類組成會受水螅房東的種類和健康狀況影響,並且會受水螅上皮細胞分泌的抗微生物胜肽 (antimicrobialpeptides) 抑制。然而,抗微生物胜肽的生成又會受到神經系統的抑制(圖3,a)。因此,科學家在缺乏神經系統的水螅突變個體上,發現過量的抗微生物胜肽導致上皮細胞原有的 β- 變形菌綱菌種大量減少到只剩下原本的一成。但是原來的第三名擬桿菌門菌種的數量則增加了十倍。所以雖然社區裡面的總菌口數還是維持不變,但組成卻大大的改變了。

水螅神經訊息傳遞與抑制途徑示意圖。a. 神經細胞會抑制上皮細胞分泌抗微生物肽,減弱抗微生物肽抑制細菌生長的功效。b.水螅觸手部分的神經細胞會合成神經胜肽 NDA-1,傳送至上皮細胞表面的黏液層中,抑制曲桿菌生長。圖/許嘉合繪製

除此之外, 神經細胞還會分泌另一種叫做 NDA-1 神經胜肽 (cationic neuropeptie), 去控制主要細菌居民曲桿菌 (Curvibacter) 在自己身體上的分佈位置!這種神經胜肽 NDA-1 在水螅的觸手細胞製造得比較多,合成後會被傳送至上皮細胞表面的黏液層中,用來抑制曲桿菌生長(圖3,b)。這也是為什麼曲桿菌主要出現在水螅的軀幹而非觸手上的原因。這個結果證實水螅能用神經系統控制細菌社區的成員組成與分布位置。

垃圾吃垃圾大?長細菌的水螅好壯壯?

但是,如果你以為細菌只能單方面受制於水螅,那就錯了!細菌與水螅的溝通是雙向的。雖然目前還沒有直接的證據,可是當研究人員用抗生素去除掉水螅身上的細菌後,發現如果水螅身上沒有細菌的話,身體收縮的頻率會不正常升高。另外在水螅胚胎發育的過程中,如果和有正常菌陪伴成長的水螅胚胎相比,無菌的水螅胚胎在發育時更容易發生嚴重的真菌感染。所以,好房客細菌可以保庇你健康長大!而為了要讓好房客細菌乖乖的、不離家出走、不失控,神經系統可是擔負著重要的使命呢!

整合目前在水螅的研究結果,科學家推測神經系統不但可以偵測環境中的細菌、辨認出其中的特定菌種,還可以依據細菌房客組成的不同,來調節體內的生理代謝狀況或控制、篩選體表菌相的組成。當有房客搗亂時,它們還可以引發上皮細胞的先天免疫反應,來維持秩序。

當研究回到人身上,有腦的我們也能和細菌溝通嗎?

藉由研究模範房東水螅與細菌房客的對話,我們才有機會進一步瞭解神經、免疫系統與共棲微生物的交互作用。例如水螅上的共棲菌如何影響神經系統的放電,以及如何影響水螅的行為。這樣的研究對應到人類,就和最近很夯的:腸腦軸線 (gut-brain axis) 有關。所謂的「腦腸軸線」,是指腸與腦兩個器官間有神經網路讓彼此,連結溝通。近年來科學家發現,藉由這條專線,腸內的菌群可以影響大腦的發育、功能與內分泌系統;而大腦也利用這條熱線控制腸胃道內的內分泌與免疫反應,進而影響了腸道內的菌群組成。

所以當你緊張時可能會拉肚子或引起腸躁症;而當你飲食不正常造成腸內菌相失衡時,也可能引起過敏反應或增加焦慮、憂鬱行為。廣義來說,腦腸軸線其實包含了腸道菌群、神經系統、內分泌系統與免疫系統。其研究範疇更可以橫跨微生物學、生理學與神經心理學,在高等生物上所牽涉到的反應非常的錯綜複雜。因此,或許藉由研究小巧簡單的神經模式物種-水螅,能夠幫助我們釐清一些蛛絲馬跡,找到新的答案。

在了解了神經系統的重要性與在演化中所扮演的角色後,我比較能體諒神經系統這一路走來所負擔的工作既複雜又辛苦。我想下次經痛時,我我我….. 髒話會少罵一點的!

參考資料

  1. Augustin R, Schröder K, Murillo Rincón AP, Fraune S, Anton-Erxleben F, Herbst E-M et al. (2017). A secreted antibacterial neuropeptideshapes the microbiome of Hydra. Nature Communications 8: 698.
  2. Bosch TCG, Miller DJ (2016). The hydra holobiont: a tale of several symbiotic lineages. In: Bosch TCG, Miller DJ (eds). The Holobiont Imperative: Perspectives from Early Emerging Animals. Springer Vienna: Vienna. pp 79-97.
  3. Murillo-Rincon AP, Klimovich A, Pemoller E, Taubenheim J, Mortzfeld B, Augustin R et al. (2017). Spontaneous body contractions are modulated by the microbiome of Hydra. Sci Rep 7: 15937.
  4. Reece JB, Urry LA, Cain ML, Wasserman SA, Minorsky PV, Jackson RB (2010). Campbell Biology, 9th edition. Pearson Education.
  5. Foster JA, McVey Neufeld KA (2013). Gut–brain axis: how the microbiome influences anxiety and depression. Trends Neurosci 36: 305-
    312.

本文轉載自MiTalkzine,原文《神經散漫的水螅與細菌小房客的對話

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用這劑補好新冠預防保護力!免疫功能低下病患防疫新解方—長效型單株抗體適用於「免疫低下族群預防」及「高風險族群輕症治療」
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2023/01/19 ・2882字 ・閱讀時間約 6 分鐘

本文由 台灣感染症醫學會 合作,泛科學企劃執行。

  • 審稿醫生/ 台灣感染症醫學會理事長 王復德

「好想飛出國~」這句話在長達近 3 年的「鎖國」後終於實現,然而隨著各國陸續解封、確診消息頻傳,讓民眾再度興起可能染疫的恐慌,特別是一群本身自體免疫力就比正常人差的病友。

全球約有 2% 的免疫功能低下病友,包括血癌、接受化放療、器官移植、接受免疫抑制劑治療、HIV 及先天性免疫不全的患者…等,由於自身免疫問題,即便施打新冠疫苗,所產生的抗體和保護力仍比一般人低。即使施打疫苗,這群病人一旦確診,因免疫力低難清除病毒,重症與死亡風險較高,加護病房 (ICU) 使用率是 1.5 倍,死亡率則是 2 倍。

進一步來看,部分免疫低下病患因服用免疫抑制劑,使得免疫功能與疫苗保護力下降,這些藥物包括高劑量類固醇、特定免疫抑制之生物製劑,或器官移植後預防免疫排斥的藥物。國外臨床研究顯示,部分病友打完疫苗後的抗體生成情況遠低於常人,以器官移植病患來說,僅有31%能產生抗體反應。

疫苗保護力較一般人低,靠「被動免疫」補充抗新冠保護力

為什麼免疫低下族群打疫苗無法產生足夠的抗體?主因為疫苗抗體產生的機轉,是仰賴身體正常免疫功能、自行激化主動產生抗體,這即為「主動免疫」,一般民眾接種新冠疫苗即屬於此。相比之下,免疫低下病患因自身免疫功能不足,難以經由疫苗主動激化免疫功能來保護自身,因此可採「被動免疫」方式,藉由外界輔助直接投以免疫低下病患抗體,給予保護力。

外力介入能達到「被動免疫」的有長效型單株抗體,可改善免疫低下病患因原有治療而無法接種疫苗,或接種疫苗後保護力較差的困境,有效降低確診後的重症風險,保護力可持續長達 6 個月。另須注意,單株抗體不可取代疫苗接種,完成單株抗體注射後仍需維持其他防疫措施。

長效型單株抗體緊急授權予免疫低下患者使用 有望降低感染與重症風險

2022 年美、法、英、澳及歐盟等多國緊急使用授權用於 COVID-19 免疫低下族群暴露前預防,台灣也在去年 9 月通過緊急授權,免疫低下患者專用的單株抗體,在接種疫苗以外多一層保護,能降低感染、重症與死亡風險。

從臨床數據來看,長效型單株抗體對免疫功能嚴重不足的族群,接種後六個月內可降低 83% 感染風險,效力與安全性已通過臨床試驗證實,證據也顯示該藥品針對 Omicron、BA.4、BA.5 等變異株具療效。

六大類人可公費施打 醫界呼籲民眾積極防禦

台灣提供對 COVID-19 疫苗接種反應不佳之免疫功能低下者以降低其染疫風險,根據 2022 年 11 月疾管署公布的最新領用方案,符合施打的條件包含:

一、成人或 ≥ 12 歲且體重 ≥ 40 公斤,且;
二、六個月內無感染 SARS-CoV-2,且;
三、一周內與 SARS-CoV-2 感染者無已知的接觸史,且;
四、且符合下列條件任一者:

(一)曾在一年內接受實體器官或血液幹細胞移植
(二)接受實體器官或血液幹細胞移植後任何時間有急性排斥現象
(三)曾在一年內接受 CAR-T 治療或 B 細胞清除治療 (B cell depletion therapy)
(四)具有效重大傷病卡之嚴重先天性免疫不全病患
(五)具有效重大傷病卡之血液腫瘤病患(淋巴肉瘤、何杰金氏、淋巴及組織其他惡性瘤、白血病)
(六)感染HIV且最近一次 CD4 < 200 cells/mm3 者 。

符合上述條件之病友,可主動諮詢醫師。多數病友施打後沒有特別的不適感,少數病友會有些微噁心或疲倦感,為即時處理發生率極低的過敏性休克或輸注反應,需於輸注時持續監測並於輸注後於醫療單位觀察至少 1 小時。

目前藥品存放醫療院所部分如下,完整名單請見公費COVID-19複合式單株抗體領用方案

  • 北部

台大醫院(含台大癌症醫院)、台北榮總、三軍總醫院、振興醫院、馬偕醫院、萬芳醫院、雙和醫院、和信治癌醫院、亞東醫院、台北慈濟醫院、耕莘醫院、陽明交通大學附設醫院、林口長庚醫院、新竹馬偕醫院

  • 中部

         大千醫院、中國醫藥大學附設醫院、台中榮總、彰化基督教醫療財團法人彰化基督教醫院

  • 南部/東部

台大雲林醫院、成功大學附設醫院、奇美醫院、高雄長庚醫院、高雄榮總、義大醫院、高雄醫學大學附設醫院、花蓮慈濟

除了預防 也可用於治療確診者

長效型單株抗體不但可以增加免疫低下者的保護力,還可以用來治療「具重症風險因子且不需用氧」的輕症病患。根據臨床數據顯示,只要在出現症狀後的 5 天內投藥,可有效降低近七成 (67%) 的住院或死亡風險;如果是3天內投藥,則可大幅減少到近九成 (88%) 的住院或死亡風險,所以把握黃金時間盡早治療是關鍵。

  • 新冠治療藥物比較表:
藥名Evusheld
長效型單株抗體
Molnupiravir
莫納皮拉韋
Paxlovid
帕克斯洛維德
Remdesivir
瑞德西韋
作用原理結合至病毒的棘蛋白受體結合區域,抑制病毒進入人體細胞干擾病毒的基因序列,導致複製錯亂突變蛋白酵素抑制劑,阻斷病毒繁殖抑制病毒複製所需之酵素的活性,從而抑制病毒增生
治療方式單次肌肉注射(施打後留觀1小時)口服5天口服5天靜脈注射3天
適用對象發病5天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人與兒童(12歲以上且體重至少40公斤)的輕症病患。發病5天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人與兒童(12歲以上且體重至少40公斤)的輕症病患。發病5天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人(18歲以上)的輕症病患。發病7天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人與孩童(年齡大於28天且體重3公斤以上)的輕症病患。
*Remdesivir用於重症之適用條件和使用天數有所不同
注意事項病毒變異株藥物交互作用孕婦哺乳禁用輸注反應

免疫低下病友需有更多重的防疫保護,除了戴口罩、保持社交距離、勤洗手、減少到公共場所等非藥物性防護措施外,按時接種COVID-19疫苗,仍是最具效益之傳染病預防介入措施。若有符合施打長效型單株抗體資格的病患,應主動諮詢醫師,經醫師評估用藥效益與施打必要性。

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大腦與微生物的熱線:腸腦軸線
TingWei
・2022/06/12 ・2584字 ・閱讀時間約 5 分鐘

國民法官生存指南:用足夠的智識面對法庭裡的一切。

餓了就要吃飯,冷了就會找衣服穿。一個生物體會反覆在不同的變化中,維持著某種「動態平衡」,無論是體溫、血壓還是血糖,身體內這些物理或化學條件的恆定性,是許多生理反應的核心,也是讓身體各部位可以在正常範圍內運作的主因。

然而,身體的調節不見得只是機械性的生理變化,更可能還牽涉到與微生物的互動。自2004年「腸腦軸線」 (gut-brain axis) 的概念出現,科學家對於生活在腸道中的微生物如何與大腦互相交流影響,有了越來越多的理解。

大腦與微生物之間的關係,可能比你想像中的近。 圖/pixaday

許多疾病,也與腸道生物有關?

雖然有很多細節待釐清,但有許多研究發現到腸道微生物的種類與許多嚴重疾病有關聯,如自閉症、焦慮症、肥胖症、精神分裂症、帕金森氏症與阿茲海默症等。

以往的研究認為,腸道微生物群的代謝產物,如短鏈脂肪酸支鏈胺基酸肽聚醣 (peptidoglycan) 等成分會透過免疫系統、迷走神經、腸道神經叢進行調節,與大腦互相交流,因此也有人主張應該稱之為「微生物─腸─腦軸線」。過去科學家發現微生物影響大腦的途徑,基本上都是比較間接的。但在2022年4月15日的《科學》 (Science) 中,科學家發現到腦部的下視丘 (hypothalamic) 神經元可以直接偵測細菌活動的變化,相對應的調整食慾與身體溫度。也就是說,這似乎是科學家第一次找到微生物直接跟大腦「對話」的證據。

微生物怎麼影響你?NOD2──模式鑑別受器

首先介紹本次研究中最重要的腦部構造,下視丘 (Hypothalamas) 。下視丘位在腦的基底,在一般成年人身上大概只有一顆碗豆的大小,卻負責調控非常多重要的生理機能,包括體溫、情緒、飢餓、口渴。

下視丘還負責調控腦垂腺前葉,參與多種內分泌調控。可以說,微生物如果能夠影響下視丘的功能,相當於開啟了影響生理機制的大門。

回到微生物,剛剛有提到微生物釋放在血液中的物質可以影響宿主的免疫、代謝與大腦等等功能。這些代謝產物會被生物體內許多受器所感測。最具代表性的受器為模式鑑別受器 (pattern recognition receptors, PRRs)

過去,科學家認為模式鑑別受器主要由先天免疫系統的細胞,偵測微生物病原體或者受損的細胞黏膜表面、組織間與細胞內出現病毒、細菌、真菌的訊號。

其中,有一種模式鑑別受器被稱為 NOD2 (Nucleotide-binding oligomerization domain-containing protein 2) ,會偵測細菌細胞壁的主要成分肽聚醣(也稱為細胞壁胜肽(muropeptides)。因此,科學家過去認為,NOD2的功能有可能就是幫助免疫系統辨識細菌細胞壁的碎片。

利用腦部成像技術,科學家進一步觀察小鼠腦部的不同區域,尤其在下視丘,紀錄 NOD2 受器的表現。結果證明,若是缺乏NOD2受器的腦袋可是會出問題的,過去科學家們已經確定 NOD2受器的突變,與消化系統疾病如克隆氏症 (Crohn’s disease) 有關,也與幾種神經系統疾病情緒障礙有關聯。

小鼠研究中揭露了, NOD2 可能在多種免疫與神經的機制上扮演了重要的角色。為了進一步解相關的功能,團隊還開發出一種在下視丘區域缺乏 NOD2 受體的小鼠,這些小鼠對於許多行為與生理包括體溫保存、築巢行為、晝夜節律、禁食與腎上腺刺激等等都有所減弱。更長時間的觀察還顯示,這些失去 NOD2 的小鼠體重會增加,且更容易罹患第二型糖尿病,這些情況尤其在年老的雌鼠上更為嚴重。

透過小鼠研究,科學家發現NOD2可能在多種免疫與神經的機制上扮演了重要的角色。 圖/SCIENCE

細菌與神經元的你增我減

那麼,正常小鼠的 NOD2 受體作用是什麼呢?若小鼠擁有正常的 NOD2 神經元,其神經活動在遭遇到肽聚醣時會受抑制。換句話說,如果NOD2受器消失了,這些神經元就不再受到抑制。

肽聚醣在腦部、血液或腸道中都被認為是細菌增殖 (proliferation) 的標誌物,而研究發現,不管是口服或腸道菌釋出肽聚醣都會抵達大腦的許多區域,包括下視丘中,負責體溫調節、進食行為的弓形核 (arcuate nucles) 。而其中的 GABA 神經元在接觸到肽聚醣時,也會遭到抑制。

研究人員進一步測試微生物與 NOD2 在下視丘 GABA 神經元的表現,是否確實與食物攝取和體溫調節有關?研究顯示,在使用抗生素消除微生物,或是以病毒消除在下視丘的 NOD2 基因表現後,都會導致年老的小鼠體重增加與行為改變。

至此,科學家初步證實,下視丘神經元可以直接偵測到細菌的成分,並改變進食、築巢與體溫調節的行為。微生物非常有可能能夠藉由 NOD2 來調節宿主的一些行為,或者反過來也可以解釋成,大腦藉由 NOD2 受器接受到的訊號,來偵測微生物的狀況、進行一些調節。

微生物幫助你維持完美平衡

某種程度上,腸道菌可能被大腦視為攝入食物品質的某種直接指標;而另一方面,腸道菌的增長或死亡也與腸道的恆定或病理機制有關,因此下視丘進行調節可能至關重要。下視丘主掌的多種生理調控,在腸道菌生長得「不如人意」時,改變攝食與體溫來調整腸道菌相,似乎也相當合理。

反過來,某些腸道菌叢可能也會提供調節訊號,以維繫適合自己的生活環境。影響腸道細菌生長最主要的兩個因子,就是食物以及體溫。舉例來說,大量攝取單一種類的食物,有可能會導致某些細菌甚至是病原菌不成比例的生長,因而危及腸道平衡。因此對於腸道菌來說,有管道可以「上達天聽」似乎是頗合邏輯的。

整個調控機制到底是腸道菌主動、大腦掌握主導權,抑或是兩者基本上「狼狽為奸」,尚待進一步的研究。然而發現大腦可以直接偵測細菌活動,即使是遠在腸道的腸道菌的增生或是死亡,也讓我們了解到大腦與身體待解的謎題,或許遠比想像中還來的多。

細菌細胞壁的肽聚醣會影響下視丘神經元與代謝,那還有沒有更多細菌影響大腦功能的機制呢?本次發現到 NOD2 受器在中樞神經中扮演的角色,未來是否能以此為開端,為腦部疾病與代謝性疾病,如糖尿病與肥胖症找到新的治療手法?就讓我們繼續看下去吧!

參考資料:

  1. Institut Pasteur. (2022, April 15). Decoding a direct dialog between the gut microbiota and the brain. ScienceDaily. Retrieved April 29, 2022 from www.sciencedaily.com/releases/2022/04/220415100551.htm
  2. Gabanyi, I., Lepousez, G., Wheeler, R., Vieites-Prado, A., Nissant, A., Wagner, S., … & Lledo, P. M. (2022). Bacterial sensing via neuronal Nod2 regulates appetite and body temperature. Science, 376(6590), eabj3986.
  3. Cryan, J. F., O’Riordan, K. J., Cowan, C. S., Sandhu, K. V., Bastiaanssen, T. F., Boehme, M., … & Dinan, T. G. (2019). The microbiota-gut-brain axis. Physiological reviews.
TingWei
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據說一生科科的生科中人,不務正業嗜好以書櫃堆滿房間,努力養活雙貓為近期的主要人生目標。

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腸道健康至關重要!腸道菌相失衡恐導致「Long COVID」?
細菌姐姐
・2022/06/10 ・2586字 ・閱讀時間約 5 分鐘

國民法官生存指南:用足夠的智識面對法庭裡的一切。

截至2022/5/28臺灣時間09:20,全世界的COVID-19確診者人數已達5億2444萬多人,其中臺灣已通報的確診人數已超過181萬人,對於COVID-19的得病與否已經無法控制。隨著確診人數不斷攀升,與此同時,臺灣也有了越來越多的康復者。這些康復者得到了超強的COVID-19天然抗體,在短期內不易再被相同病毒株感染,然而,得到超強抗體的同時,即使康復了,不少人仍然承受著病毒感染後的後遺症,也就是所謂的「Long COVID(新冠長期症狀)」

隨著 COVID-19 確診人數逐漸升高,越來越多康復者陷入「Long COVID」的狀況。 圖/envato

什麼是Long COVID?

目前學界對於 Long COVID 的定義仍持續地在修正,大致對於 Long COVID 的描述為:感染過 COVID-19 並康復後,有些因為 COVID-19 感染造成的症狀仍持續4–12週或甚至更久。從中國、英國、法國、西班牙和美國對 Long COVID 患者相關的研究中可以看到,只要具有:

  • 「倦怠(fatigue)」、
  • 「關節疼痛(joint pain)」、
  • 「睡眠障礙(sleep disturbance)」、
  • 「呼吸困難(dyspnea)」、
  • 「味覺或嗅覺喪失(loss of taste/smell)」、
  • 「咳嗽(cough)」、
  • 「頭痛(headache)」、
  • 「掉髮(hair loss)」、
  • 「胸痛(chest pain)」
  • 「拉肚子(diarrhea)」

以上等任何一個症狀,持續了很久都無法痊癒,那這項症狀就是所謂的 Long COVID 症狀。
(以上的症狀占較大的比例,占比較低的症狀並沒有在此列出)

痊癒後,病毒也不會消失……?

許多論文研究指出,具有 Long COVID 症狀的患者的腸道菌相有失衡(dysbiosis)的情況,可能因此造成免疫系統失衡與許多症狀的產生;另外,更有趣的是,在今年的 Nature 期刊中刊出一篇對於 Long COVID 的新發現, Ledford 的團隊發現具有 Long COVID 症狀的康復者在康復7個月後,腸道中仍然可以偵測到 COVID-19 病毒!

這說明著,即使上呼吸道已經偵測不到病毒,病毒仍有可能藏匿在身體的其他地方(例如腸道),神不知鬼不覺地影響康復者的健康。但也因為這篇研究的樣本數還不夠多,並且受試者皆具有自體免疫相關的疾病,因此,病毒藏匿在腸道的現象,是否也會在健康的 Long COVID 患者身上被發現?這一點需要更進一步的研究。

COVID-19 康復後,病毒仍有可能藏匿在身體的其他地方,導致某些症狀遲遲無法痊癒。 圖/envato

腸道菌相失衡,會導致Long COVID嗎?

雖然,目前為止相關研究的取樣數量仍然不足;但是,與 COVID-19 患者以及康復者的腸道微生物相研究幾乎都指出, COVID-19 會導致患者的腸道微生物多樣性大幅下降,並且導致伺機性病原菌(opportunistic pathogens)在腸道的含量占比大大增加。這些病原菌雖然平常不易引起我們的疾病,但因為腸道菌相失衡,而大幅增加這些病原菌感染我們的機會。既然如此,那如果使用抗生素清除腸道微生物相後,菌相能不能重新恢復健康恆定的狀態?

不幸的是,在感染 COVID-19 的時候,不論病患是否使用抗生素,在康復後,腸道菌相仍然會出現失衡的情況。其中,從這些康復者的糞便中分離出的細菌 Clostridium ramosum, Coprobacillus, Clostridium hathewayi  等的占比,和康復者得到 COVID-19 病症的嚴重性具有高度正相關;而 Alistipes onderdonkii  和 Faecalibacterium prausnitzii (這個菌株具有消炎的效果)的含量,則和 COVID-19 的病症嚴重性具有高度負相關。這些細菌的在腸道中的占比間接指出,重症患者的腸道菌相失衡且伺機性病原菌占比大增的事實。

另外,延續上述所說「COVID-19 病毒會藏匿在康復者腸道的現象」,關於存在於腸道的病毒是否是造成菌相失衡的原因,以及病毒的感染如何造成腸道菌相失衡,科學家們仍持續探究著。

健康的便便可以治療Long COVID嗎?

為什麼腸道菌相失衡會造成上述的 Long COVID 症狀? Burchill 等人基於腸腦軸線(gut-brain axis)以及腸肺軸線(gut-lung axis)的理論提出假說:腸道微生物相會影響人的心情以及行為等,而腸道微生物相已知和許多嚴重的肺部疾病相關。因此, COVID-19 的患者和康復者因為 COVID-19 造成腸道菌相失衡,而這樣的結果藉由腸腦軸線導致嗜睡、心情低落等症狀,以及藉由腸肺軸線導致呼吸道的症狀。

延伸閱讀:

腸道炎會導致憂鬱症?——淺談體內的腸腦軸線,揭露腸道菌的「腦控」機制!
糞便菌相移植(faecal microbiota transplant, FMT),有機會可以治療 Long COVID嗎? 圖/envato

既然各項症狀都和腸道菌相失衡有關,那麼,如果要讓 COVID-19 的患者和康復者痊癒,是不是只要讓他們的微生物相恢復健康恆定即可?因此,Burchill 等人嘗試探索使用糞便菌相移植(faecal microbiota transplant, FMT)以治療 COVID-19 的方法。

糞便菌相移植在醫學上已行之有年,用以治療許多疾病,其中包含癌症、發炎性腸胃疾病(inflammatory bowel disease)、神經疾病(neurological disorders)等。

然而,若要使用糞便菌相移植治療 COVID-19 ,目前已知可能會有一些潛在的風險,例如:如果健康的糞便捐贈者不具有任何COVID-19症狀,但是血液裡卻帶有病毒呢?病毒是否會透過糞便傳播?再者,需要接受糞便菌相移植的患者,相較於捐贈者,可能較容易被病毒以及其他病原菌感染。因此,在篩選健康菌相時,必須要非常小心並且嚴格地把關,否則可能會輾轉加劇患者的病情。

目前對於 Long COVID 患者和他們的腸道菌相的研究持續增加中,對於「腸道菌相失衡導致了 Long COVID 」這個問題,從現在的相關研究結果來看仍無法百分之百確定,但可以確定的是,腸道菌相的恆定對於人體的健康具有絕對的重要性。

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參考資料:

  1. 衛生福利部疾病管制署網站。擷取時間:2022/5/28。取自:https://www.cdc.gov.tw/
  1. Burchill E, Lymberopoulos E, Menozzi E, Budhdeo S, Mcllroy JR, Macnaughtan J & Sharma N. (2021). The Unique Impact of COVID-19 on Human Gut Microbiome Research. Frontiers in Medicine 8:652464, doi: 10.3389/fmed.2021.652464
  1. Hilpert K & Mikut R. (2021). Is There a Connection Between Gut Microbiome Dysbiosis Occurring in COVID-19 Patients and Post-COVID-19 Symptoms? Frontiers in Microbiology 12: 732838, doi: 10.3389/fmicb.2021.732838
  1. Ledford H. (2022). Coronavirus ‘ghosts’ found lingering in the gut. Nature 605: 408–409, doi: 10.1038/d41586–022–01280–3
  1. Wang B, Zhang L, Wang Y, Dai T, Qin Z, Zhou F & Zhang. (2022). Alterations in microbiota of patients with COVID-19: potential mechanisms and therapeutic interventions. Signal Transduction and Targeted Therapy 7 (143), doi: 10.1038/s41392-022-00986-0
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細菌姐姐
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研究生一枚,尤其喜歡細菌和其他微生物或動植物之間的互相依靠或是激烈戰爭。 總覺得微生物和動植物的互動和人類的社會很像。期待透過科普的文字將更多人感染成細菌學和微生物學愛好者。