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Cell重要發現:免疫系統“晴雨表”

日期:2013-11-25 09:28:45

多虧了器官移植術,利用志愿者或事故受害捐贈的健康器官替代衰竭的腎臟、心臟、肺或肝臟,超過26萬美國人能夠存活到今天。但治療并沒有隨著手術而終結。接受移植者需遵循嚴格藥物治療方案來抑制他們的免疫系統,使得既能夠防止對捐贈器官產生排斥,又不至于讓他們容易遭受感染。

 

直到現在,維持這一微妙的平衡都像是在玩一個醫學猜謎游戲。在發表于1121日《細胞》(Cell)雜志上的一項研究中,斯坦福大學的科學家們報告稱,有可能發現了免疫系統強弱的一個晴雨表:一種鮮為人知的病毒會隨藥物抑制免疫系統而增殖。

 

領導這一研究的是斯坦福大學工程學院教授、生物工程學及應用物理學教授Stephen Quake博士。在這項研究中,Quake和合作團隊從96名心臟和肺移植患者的血液中分離出了特異的DNA片段。這些片段來自血漿;將血漿中的紅細胞和白細胞提取出來之后,就剩下了蛋白和游離DNA。而這些游離DNA則來自于死細胞。

 

Quake是基因組學的先驅,他是首批利用基因組測序來鑒別和定量這種游離DNA達到診斷目的科學家之一。這一技術一個重要的應用與懷孕有關。通過研究來自母親血漿的脫細胞DNAQuake開發出了一些測試可以確定婦女所懷的胎兒是否帶有額外的21號染色體,從而會導致唐氏綜合癥。此外,他還一直通過分析來自癌細胞的脫細胞DNA片段,評估疾病進程。

 

“脫細胞DNA提供了一個令人驚異的、了解人類健康的窗口,其應用正在不斷擴大,遠遠超出了傳統的癌癥和產前診斷領域,”Quake說。

 

在這項新研究中,Quake研究小組利用了這些技術來研究移植患者的免疫系統。他們知道這些患者在手術后立刻服用了強效的免疫抑制藥物。他們認為這些藥物會影響寄居在人體的微生物組。研究人員的目的是利用脫細胞DNA分析來進行微生物組普查,通過系統分析這些微生物的特性和數量來揭示免疫系統與這些寄居在人體的客人之間的相互作用。

 

科學家們從每位患者處采集了血漿樣本。從每個樣本中他們提取出非人類DNA片段。他們采用測序技術將這些片段與以往世界各地科學家們編寫的遺傳序列庫進行了對比。通過這種方式,他們生成了每位患者微生物組中各種細菌、病毒和真菌的快照。

 

科學家們想了解每位患者體內的微生物組隨著時間對于免疫抑制藥物的反應。因此他們在兩年的時間內從每位患者處抽取了7次血漿樣本。每次,他們都對血漿中的非人類DNA片段進行了基因組分析。這使得他們能夠繪制出每位患者微生物組的組成圖表。

 

當科學家們尋找患者間的差異和相似之處時,他們還研究了所有96名患者完整的656張快照數據集。

 

通過這一過程,獲得了一個驚人的研究發現:隨著免疫抑制藥物開始生效,一種稱作為指環病毒屬(Anellovirus)的神秘微生物從手術后極低水平隨時間增殖到在微生物組中占據主要地位。且進一步的研究證實指環病毒屬水平與器官排斥之間存在關聯。

 

從一方面說,指環病毒屬低水平表明了免疫系統較強,但器官排斥風險增高;而指環病毒屬低水平則表明了免疫系統較弱,相應易發生感染的風險增高。

 

研究的共同資深作者、斯坦福大學醫學院心血管醫學教授Hannah Valantine博士說:發現指環病毒與免疫系統強弱之間存在顯著關聯,是她30年移植研究生涯中最令人興奮的研究發現。

 

“這些研究結果為個體化監控以及最終治療排斥提供了一個有效的工具。在未來,它有可能使得我們能夠安全地降低患者接受的免疫抑制藥物劑量,由此避免破壞性副作用。”

 


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