大约十年前，UO研究生 Jennifer Hampton Hill 偶然发现：一种由肠道细菌制造的蛋白质，可触发产生胰岛素的细胞复制。这种蛋白质是1型糖尿病生物学基础的重要线索，这是一种胰腺不能产生胰岛素的自身免疫性疾病。
作为犹他大学的博士后，希尔继续研究这种称为 BefA 的蛋白质。UO 的 Karen Guillemin 实验室也一直在研究 BefA。与其他同事一起，他们现在对 BefA 的作用以及细菌产生它的原因有了新的认识。
Guillemin 说，这些发现具有“重要而深远的意义”。“如果我们了解 BefA 的工作原理，它可以为我们提供一种在治疗上刺激 β 细胞产生的方法。” 有朝一日，这可能会导致对影响全球数百万人的 1 型糖尿病的治疗。
研究人员在 10 月 13 日发表在Cell Metabolism上的一篇论文中报告了他们的发现。
身体需要胰岛素来调节血糖，但胰岛素只能由胰腺中一种称为β细胞的细胞制造。在儿童早期发育过程中，当 β 细胞复制并扩大其数量时，有一个狭窄的时间窗口。在患有 1 型糖尿病的人中，免疫系统会攻击β 细胞并耗尽其种群，从而限制胰岛素的产生。
微生物组刺激免疫发育有助于正确教育免疫系统并预防自身免疫。Guillemin 的团队的工作表明微生物组的另一个作用：它在发育早期刺激 β 细胞群的生长，缓冲后来因自身免疫攻击而消耗的细胞。
β细胞群的增长“与肠道中微生物群落多样化的同时发生，”希尔说。“糖尿病的一个标志是患上糖尿病的孩子肠道微生物群的多样性往往较低。他们可能缺少一些制造 BefA 的细菌。”
在他们最近的论文中，Hill、Guillemin 和他们的同事对 BefA 进行了更深入的研究。他们捕获了 BefA 结构的详细图像，以识别它与细胞膜相互作用的部分。然后，通过在斑马鱼、小鼠和培养细胞中的一系列实验，研究人员勾勒出 BefA 的功能图景。
他们表明，BefA 可以破坏多种细胞的细胞膜，包括细菌细胞和动物细胞。肠道细菌会攻击竞争细菌是有道理的。但出乎意料的是，他们还发现，BefA 对产生胰岛素的细胞膜的攻击触发了这些细胞的繁殖。
这一发现表明，肠道中的细菌战可以对身体产生附带的有益影响，增加可以在整个生命周期内制造胰岛素的细胞数量。
该团队还测试了 BefA 的突变版本，该版本经过修改，不会与细胞膜发生冲突。该版本的蛋白质不会影响β细胞的产生，进一步表明膜损伤正在推动BefA的影响。
“在发育生物学中还有其他例子，在膜上戳洞对于刺激发育至关重要，”希尔说，但研究人员尚不清楚这种损伤是如何触发细胞复制的。
而且他们不知道为什么实际上可以改变多种细胞膜的BefA如此特异性地靶向β细胞。
“我们认为β细胞有一些特别之处，它们可能对引起膜透化的信号高度敏感，”希尔说。“它们是全身唯一可以分泌胰岛素的细胞类型——它们非常重要。”
希尔今年因其在 BefA 方面的工作而获得了NOSTER & Science Microbiome Prize 。该年度奖项授予一位早期职业科学家，他对可能影响人类健康的微生物组研究做出了新的理解。
“微生物组在教育免疫系统方面发挥着作用。如果你没有接受过这种教育，免疫系统可能会过度反应，”Guillemin 说。“我们认为这里还有另一层——如果你不开发一个β细胞池来抵御未来的破坏，你患1型糖尿病的风险就更大。” 健康、多样化的微生物组在构建细胞群方面发挥着关键作用。
在未来，Guillemin 的团队设想了该发现可能的治疗应用。例如，用产生 BefA 的细菌主动强化高危婴儿的微生物组可以防止他们后来患上 1 型糖尿病。