Antibiotics modulate activity of mouse and human dorsal root ganglia neurons
本研究表明，各种抗生素在临床相关浓度下，通过诱导钙流（例如通过 TRPA1 激活或线粒体活性氧产生等不同机制），直接调节小鼠和人类背根神经节神经元的活动，从而揭示了一个此前未被探索的抗生素副作用来源。
原始论文采用 CC BY 4.0 许可（https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）。 这是一篇未经同行评审的预印本的AI生成解释。这不是医疗建议。请勿根据此内容做出健康决定。 阅读完整免责声明
每天都有数十亿人服用抗生素来对抗细菌感染。这些药物是世界上处方量最多的药物之一，通过从危险细菌手中挽救生命，改变了现代医疗保健。然而，尽管科学家早已了解这些药物是如何杀死微生物的，但它们对人体自身细胞的直接影响在很大程度上仍是一个谜。我们知道抗生素会引起诸如胃痛或肌腱损伤等副作用，但这些反应背后的生物学原因一直不明。一个关键的问题是，这些药物是直接与负责感知疼痛和运动的神经细胞发生相互作用，还是仅仅因为杀死了细菌并破坏了肠道生态系统而产生影响。
来自德克萨斯大学达拉斯分校和肯塔基大学的研究人员的一项新研究，通过观察背根神经节调查了这种可能性。背根神经节是位于脊髓外侧的神经细胞集群，它们是身体感知疼痛和触觉的主要传感器。由于这些神经延伸至肠道，并直接暴露在血液循环中的药物中，因此它们是寻找意外相互作用的一个逻辑切入点。研究人员想要知道，在患者血液中发现的浓度水平下，常见的抗生素是否能直接“唤醒”这些神经细胞，使其在没有感染的情况下也开始发出信号。
为了找到答案，研究团队在实验室培养皿中培育了来自小鼠和人类的神经细胞。他们用一种特殊的染料填充了这些细胞，这种染料在钙离子（一种化学信使）流入细胞时会发出更亮的光。这使得他们能够实时观察神经细胞，并在施加四种最常用的口服抗生素——阿莫西林、头孢菌素、阿奇霉素和多西环素——时的反应。结果立竿见影且令人惊讶。在暴露于药物后的几分钟内，大量的神经细胞开始发光，表明药物触发了活动的激增。即使这些细胞没有受到细菌感染，这一现象依然发生了，这证明了抗生素是在直接作用于神经本身。
研究表明，并非所有抗生素的作用方式都相同，反应也会因特定药物和神经细胞类型的不同而异。例如，多西环素的效力最强，导致近一半的小型痛觉感知神经细胞开始放电。其他药物，如阿莫西林和头孢菌素，则激活了较小但仍具有显著比例的细胞。研究人员还测试了人类神经细胞，发现了类似的模式，证实这不仅仅是小鼠生物学的特性，而是一个很可能发生在人类身上的现象。有趣的是，神经细胞的大小很重要；药物倾向于针对较小的细胞，即负责检测疼痛的细胞，而不是控制肌肉运动的较大细胞。
为了理解这些药物是如何导致神经放电的，科学家们进行了一系列精细的实验，以阻断细胞机器的不同部分。他们发现，所有抗生素都需要来自细胞外部的钙离子来触发这种反应。如果没有周围液体中的钙离子，药物就不会产生效果。然而，药物到达那里的具体路径各不相同。对于头孢菌素，研究人员发现该药物很可能是钩挂在神经细胞表面一个被称为 TRPA1 的特定蛋白质通道上，TRPA1 是钙离子的闸门。当他们阻断这个通道时，药物便停止了作用。相比之下，多西环素采取了不同的路径。它似乎进入了细胞内部，并干扰了线粒体——即细胞内产生能量的微型发电厂。这种干扰导致线粒体产生了活性氧，这是一种细胞压力形式，最终向神经发出信号使其放电。
随后，团队从实验室培养皿转向活体小鼠，以观察这些细胞反应是否会转化为实际的感觉疼痛。他们给小鼠喂食口服剂量的抗生素，并密切观察其行为。小鼠表现出明显的痛苦迹象，例如眯眼和面部肌肉紧缩，这些都是啮齿动物疼痛的已知指标。此外，它们对腹部的触碰变得更加敏感。虽然其效果不如重大损伤那样严重，但这些变化是一致且可测量的，表明这些药物确实在引起低水平的持续疼痛或刺激。一种药物，阿奇霉素，还引起了小鼠粪便含水量的变化，暗示了神经激活与肠道运动之间的联系。
这些发现表明，人们在服用抗生素后有时感受到的副作用（如不明原因的酸痛或胃痉挛）可能是由药物直接刺激神经系统引起的。这一点尤为重要，因为这些药物通常开给那些已经在因感染而感到疼痛的人，这可能会掩盖药物本身对不适感的贡献。此外，这项研究强调，其机制是复杂且具有药物特异性的；适用于一种抗生素的方法并不一定适用于另一种。虽然这项研究是在受控环境下进行的，目前尚未证明这些效应会导致人类慢性疼痛，但它为为什么这些广泛使用的药物可能会让某些人在与感染无关的情况下感觉更糟提供了一个清晰的生物学解释。这项工作为理解常见药物如何与我们的身体相互作用开启了一扇新门，提醒我们，即使是救命的药物，也会与我们的神经进行直接的对话。
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