2014年2月21日

囊性纤维化发作的背后是“黄油”分子吗?

圣地亚哥州立大学博士后研究员卡特琳·怀特森(Katrine Whiteson)最近领导的一项研究表明，一种以前与生产微波爆米花的工厂工人的肺损伤有关的分子可能在囊性纤维化(CF)患者肺部微生物感染中发挥重要作用。这种分子被称为2,3-丁二酮或二乙酰，在CF患者中比健康患者中检测到的浓度更高。

CF患者经历日复一日的持续咳嗽和粘液分泌增加，并伴有这些症状的周期性发作，称为病情加重。健康专家认为，大多数CF患者的永久性疤痕和肺组织损伤都发生在病情加重期间。

如果CF患者有一些即将到来或即将恶化的警告，他们可以更早或更具体的治疗，并避免一些破坏性的影响。

怀特森说:“不幸的是，现在真的没有什么好办法来检测一个人什么时候会病情恶化。”

当CF患者去看医生时，他们吸入气化的盐来诱导深度咳嗽，产生粘液样本。当临床实验室培养这些样本中的微生物时，他们通常不会发现CF患者感觉健康时和感觉不舒服时生长的微生物之间有很大的差异，这使得医生只能在反复试验的基础上选择抗生素疗法。所以困扰研究人员的问题是:在这些恶化期间，CF肺有什么不同?

神秘的分子

为了找到答案，Whiteson与圣地亚哥州立大学的其他研究人员Yan Wei Lim, Robert Schmieder, Robert Quinn和Forest Rohwer，以及加州大学欧文分校的同事Simone Meinardi和Donald Blake合作，研究了气道中微生物产生的分子。

研究人员与因发现大气中破坏臭氧的氯氟烃而获得诺贝尔奖的同一家实验室合作，测量了CF患者和健康志愿者呼出的气体。通过分析这些气体，他们发现CF患者肺部的双乙酰水平升高。

这种分子有黄油的味道，是微波炉爆米花调味料的主要成分，是有毒的，被认为会损害爆米花工厂工人的肺部。

Whiteson和她的同事认为口腔微生物的不同种类链球菌通过发酵过程生产二乙酰。该分子还可以激活CF患者肺部常见的其他细菌的有害影响。例如，当细菌铜绿假单胞菌与双乙酰接触，会导致细菌产生有毒化合物，这可能是导致CF特征性肺损伤的部分原因。研究人员发表了他们的研究结果上个月在ISME杂志:微生物生态学的多学科杂志．一个篇文章作者是康奈尔大学的微生物学家，他描述了双乙酰对人体的影响铜绿假单胞菌发表在同一份杂志上。

Whiteson的研究团队从相对较少的患者和志愿者中提取样本，因此下一步将在更大的样本池中验证他们的结果。

更好的检测

Whiteson和她的同事们基于他们最近的工作设想了一种新技术，它的作用有点像酒精测试仪，可以检测出双乙酰的存在。通过定期监测他们呼吸中这种分子的存在，CF患者可能会得到一个早期的检测信号，表明病情即将恶化，然后服用抗生素来防止病情的发生。

“如果你有一个设备来检测这些代谢物，你就会知道，‘哦，是时候再次服用抗生素了，’”她说。

Whiteson目前正在与硅谷一家生物技术公司Metabolomx合作，开发一种可以检测双乙酰或即将发生CF恶化的其他指标的微芯片。这不会是对抗的最后武器囊性纤维化；这是一种复杂的疾病，双乙酰带来的损害可能只是其特征的一部分。但她说，这是很好的一步。