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器官对话:疾病的分子机制、生物学功能与治疗干预

期刊:signal transduction and targeted therapyDOI:10.1038/s41392-025-02329-1

此文档发表于《Signal Transduction and Targeted Therapy》期刊(2026年,第11卷,第8期),是一篇题为“Organ cross-talk: molecular mechanisms, biological functions, and therapeutic interventions for diseases”的综述文章。作者团队包括主要作者 Huiting Che、Yidan Gao、Yonghu Xu、Hui Xu、Roland Eils 以及通讯作者 Mei Tian,他们分别来自复旦大学生命科学相关的研究机构、复旦肿瘤中心以及德国的柏林健康研究所。本文将对该综述的核心内容进行系统性的梳理和介绍。

本文是一篇关于器官间对话(organ cross-talk)的综合性深度综述。其核心主题是探讨不同器官之间如何通过复杂的信号网络进行沟通,这种沟通在维持生理稳态和应对疾病中的关键作用,以及基于此开发新型治疗策略的潜力。文章明确指出,传统医学侧重于孤立地研究单个器官,但大量证据表明,器官之间通过神经、内分泌、免疫和循环系统形成了一个动态的交互网络。理解这一网络对于揭示复杂疾病的系统性病理机制和设计系统性治疗方案至关重要。

综述首先确立了研究的背景与重要性。文章开篇即强调,器官对话研究处于生命科学的前沿,因为它对于理解生理稳态和疾病机制至关重要。作者将“器官”定义为执行共同功能的结构单元,如脑、心、肠。器官对话是指不同器官间通过机械、可溶性和细胞机制介导的复杂生物通信与反馈。这种对话对维持体内平衡必不可少,但当某一个或多个器官处于病理状态时,则可能导致其他器官的功能和结构失调。与强调单个器官的传统医学方法相比,器官对话研究采用系统生物学的视角,突出了器官间协作在健康和疾病中的重要性。文章指出,该领域的研究常始于疾病模型,例如肺心病(lung‒heart轴)和肝肾综合征(liver–kidney轴),同时也揭示了健康状态下的器官连接,如通过迷走神经和微生物代谢物调节情绪和认知的肠‒脑轴(gut‒brain axis)。更为复杂的网络,如肠‒肝‒脑轴(gut‒liver‒brain axis),进一步加深了我们对人体生理复杂性的理解。近年来,多组学、人工智能和成像技术的进步极大地推动了该领域的发展。

文章的核心主体部分系统地阐述了以三个核心器官(脑、心、肠)为中心的器官对话网络。作者通过对PubMed数据库(2015–2025年)的文献计量分析,使用桑基图直观展示了当前研究的热点与分布。分析显示,脑–肠、肠–肝和脑–心是研究最多的器官对。研究覆盖率最高的器官是脑、肠和肝,这表明它们在器官交互网络中处于核心地位。同时,文章也指出,诸如胃-脂肪、胃-骨、脾-脂肪等器官对的交叉对话研究尚不充分,未来需要填补这些空白以全面阐明多器官网络的复杂性。综述强调,循环系统、神经系统、内分泌系统和免疫系统在介导器官间相互作用和调节器官间的通信与功能协调中扮演着关键角色,它们几乎参与了所有的器官间交互,形成了一个复杂的调控网络。

文章的第一个主要观点是深入阐述了以脑为中心的器官对话,特别是脑–肠、脑–肝和脑–心轴。对于脑–肠对话,文章详细解析了其三大通路:神经通路(以迷走神经为桥梁,双向传递信号)、神经内分泌通路(以下丘脑–垂体–肾上腺轴为核心,介导应激反应)和免疫通路(通过先天免疫炎症小体等机制连接肠道微生物与中枢神经系统)。文章指出,该轴的功能失调与一系列疾病相关,包括自闭症谱系障碍、帕金森病、炎症性肠病、肠易激综合征以及焦虑、抑郁等神经精神疾病。针对性的治疗策略包括使用益生菌/益生元、选择性血清素再摄取抑制剂、迷走神经刺激、饮食调整以及粪便微生物移植等。对于脑–肝对话,文章阐述了其通过交感/副交感神经系统、神经内分泌信号以及肝脏产生的代谢物(如胆汁酸、酮体、LPC/LPA)和信号因子进行的双向交流。该轴的失调与肝性脑病、神经退行性疾病(如阿尔茨海默病、帕金森病)以及代谢性疾病相关。潜在的治疗干预包括TGR5激动剂、可溶性环氧化物水解酶抑制剂、生酮饮食以及针对特定基因的靶向治疗。对于脑–心对话,文章重点分析了自主神经系统、下丘脑–垂体–肾上腺轴、交感-肾上腺-髓质系统以及神经免疫轴在其中扮演的核心角色。这种复杂的交互网络一旦失调,会导致心肌梗死、心力衰竭、中风、高血压等多种心脑共病。治疗上,迷走神经刺激、肾素-血管紧张素系统抑制剂、β受体阻滞剂以及SGLT2抑制剂等都被认为能通过调节这一轴带来获益。

文章的第二个主要观点是系统分析了以心脏为中心的器官对话网络,重点探讨了心–肾、心–肺和心–肝轴。在心–肾对话(心肾综合征)中,文章详细描绘了由心输出量下降触发肾素-血管紧张素-醛固酮系统过度激活的恶性循环,导致水钠潴留、血压升高、心肌肥厚、纤维化以及肾小球滤过率下降、肾纤维化。反过来,肾功能不全时积累的尿毒症毒素、电解质紊乱和系统性炎症又会加重心脏负担,导致左心室肥厚、心律失常等。治疗策略围绕阻断这一恶性循环展开,包括使用肾素-血管紧张素系统抑制剂、抗炎药物、抗氧化剂、SGLT2抑制剂以及生活方式干预。在心–肺对话中,文章强调了其解剖和功能的紧密关联。心力衰竭导致的肺静脉压力升高会引起肺水肿和气体交换障碍;而肺部疾病如慢性阻塞性肺疾病、肺动脉高压会增加右心室后负荷,导致右心衰竭。治疗需要兼顾心肺,如使用β受体阻滞剂、抗炎治疗、优化机械通气以及针对肺动脉血管的药物。在心–肝对话中,心脏功能障碍(如心力衰竭)引起的肝淤血可导致心源性肝损伤甚至肝硬化样改变;反之,肝脏疾病(如肝硬化、代谢相关性脂肪肝病)可通过门脉高压、代谢紊乱、炎症介质等途径诱发心肌病、加重动脉粥样硬化和心力衰竭风险。治疗上需综合考虑,如使用β受体阻滞剂、抗炎药物、代谢调节剂等。

文章的第三个主要观点是聚焦于以肠道为中心的器官对话,详细阐述了肠–肝和肠–肾轴。在肠–肝对话中,文章描述了健康的“肝肠循环”:肝脏分泌胆汁酸进入肠道助消化,肠道菌群将初级胆汁酸转化为次级胆汁酸,并产生短链脂肪酸等有益代谢物,这些物质经门静脉回输至肝脏,支持肝功能和全身稳态。然而,在病理状态下(如代谢相关性脂肪肝病),肠道菌群失调会导致内毒素、氧化三甲胺等有害物质产生增加,通过破坏肠屏障进入肝脏,加剧肝脏炎症和损伤;受损的肝脏又通过释放炎症因子进一步损害肠道屏障,形成恶性循环。潜在的治疗靶点包括法尼醇X受体和TGR5受体。在肠–肾对话中,文章阐述了肠道菌群产生的代谢物(如短链脂肪酸、对甲酚硫酸盐、氧化三甲胺)通过血液循环影响肾脏功能,而肾脏功能障碍时积累的尿毒症毒素和炎症因子又会反过来改变肠道菌群组成和肠屏障功能。这为通过调节肠道菌群(如使用益生菌、膳食纤维)来改善肾病进展提供了理论依据。

除了上述核心器官对的深入探讨,本文还通过两个详尽的表格系统梳理了其他器官对的交互机制以及涉及三个或以上器官/系统的网络。Table 1 概述了广泛的二元器官对话,例如脑–骨、心–胃、肝–脾、胰–骨等,列出了其潜在机制。Table 2 则总结了更复杂的多器官网络,如脑–心–肝轴、脑–心–肾–肠网络、心–肺–免疫轴、肝–肠–肾轴等,揭示了系统性疾病的网络化本质。

本文的最终部分探讨了该领域的未来方向与技术支撑。综述主张采用网络驱动模型、创新诊断方法和个性化治疗策略,从系统生物学角度为应对复杂疾病提供新视角。文章还细致讨论了器官连接研究中采用的各种方法和先进技术,全面凸显了技术支持在推动该领域发展中的关键作用。

这篇综述具有重要的科学价值与应用前景。其科学价值在于,它超越了传统单器官研究的范式,以系统生物学的视角,首次如此全面、深入地整合了脑、心、肠三大核心器官与其他器官的交互网络,系统性地阐明了其分子机制、生物学功能和疾病关联,为理解人体作为一个高度互联的整体系统提供了宏大的理论框架。其应用价值则体现在为未来医学,特别是精准医学和个体化治疗,指明了新的方向。基于器官对话网络的理解,可以开发新型的诊断生物标志物(如基于多器官影像组学或代谢组学图谱)、设计创新疗法(如同时靶向多个器官通路的药物、神经调节技术、微生物组干预)以及实施更有效的预防策略(如通过调节肠–脑轴预防神经退行性疾病)。文章梳理的大量潜在治疗靶点和干预策略,为转化医学研究提供了丰富的线索。因此,这篇综述不仅是领域内研究人员不可或缺的参考资源,也为临床医生、药物研发人员以及系统生物学研究者带来了重要的启发。

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