一种肠道细菌的研究启示：免疫系统不仅用来防御，抗体也不仅仅是武器

中国生物技术网 2020-02-21

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哺乳动物的肠道是温暖、潮湿以及营养丰富的。这对于细菌生长来说是完美的环境。肠道中的“有益细菌”群体通常被称作微生物群，它们对于身体来说是非常重要的合作伙伴，它们帮助消化纤维、提取营养，并预防各种疾病。我们都知道，当身体被有害菌入侵后，会引起免疫反应或疾病。因此，如果免疫系统进化出了抵抗微生物的能力，那么哺乳动物是如何与肠道中的有益菌共建和谐社会的呢？

现在，美国加州理工学院的一项新研究揭示出了一种特殊的有益菌是如何利用人体的免疫反应，从而使其能够在肠道中舒适地安顿下来。

这项研究是在微生物学和传统医学研究所Sarkis Mazmanian教授的实验室完成。描述这项研究的论文于近日已发表在《Science》上。

Mazmanian 实验室的这个研究团队由研究生Gregory Donaldson领导。他们选择对一种名为脆弱拟杆菌(Bacterioides.fragilis)的细菌进行测试。这种特殊的菌种大量存在于很多哺乳动物的大肠中，包括人类，并且在之前Mazmanian实验室的研究中表明，它被用于保护小鼠免受某些炎症和神经疾病如炎性肠病和多发性硬化症的影响。有趣的是，尽管存在多种脆弱拟杆菌，但是健康人体中却只与其中一种保持着长期的单一关系。

Donaldson说：“其他实验室的研究表明，大部分人一生中都携带同一种脆弱拟杆菌。我们想要在分子水平上了解这些细菌是如何能够如此稳定长期地生存在肠道中的。”

首先，研究人员旨在通过物理观察细菌所在的位置来检查脆弱拟杆菌与肠道的共生关系。通过电子显微镜对小鼠肠道样本进行成像，研究团队能够观察到，脆弱拟杆菌聚集在厚厚的肠道粘膜内壁深处，紧贴着排列在肠道表面的上皮细胞。Donaldson和同事们推断，这种空间生态位置对于单一物种的迁入和建立稳定的立足点是必要的。

小鼠肠道切片的电子显微镜图像，脆弱拟杆菌(b.fragilis)聚集在构成肠道内壁的上皮细胞附近。图片来源：Courtesy of the Mazmanian laboratory

他们接下来的目标，是确定是什么机制使脆弱拟杆菌能够在肠道内定殖这样一个小生境。他们发现，每种脆弱拟杆菌都被包围在一个由碳水化合物组成的厚厚的囊中。这种囊通常与病原体联系在一起，试图伪装自己不被身体的免疫系统发现和攻击。缺少这个囊的突变细菌无法聚集，也无法在粘膜层中生存。因此，研究人员推测，囊状的碳水化合物对于脆弱拟杆菌能够垄断在肠道中的生存权利是必须的。

由于细菌的囊与对病原菌的免疫反应有关，Donaldson和Mazmanian推测，也存在针对脆弱拟杆菌囊的免疫反应。事实上，他们发现，在肠道中有抗体与脆弱拟杆菌的囊结合到一起，抗体指的是免疫蛋白，它能够为其他的免疫细胞抓取并标记出特定的细菌和病毒，从而使其他免疫细胞能够吞噬并摧毁病原体。一种特殊的抗体，即免疫球蛋白A（IgA）存在于肠道中，事实上，这是人体中产生量最大的一种抗体，但是人们却一直没有完全弄清楚它的具体功能。

通常，抗体应答意味着病原体细菌即将死亡。但奇怪的是，IgA并不会对大部分生存在肠道中的细菌产生不利影响。研究人员发现，对于脆弱拟杆菌来说，它能够帮助细菌粘附到上皮细胞上。此外，对于缺少lgA的小鼠来说，这些细菌在肠道表面生存和维持长期稳定性的成功率比较低。

研究团队认为，这种针对脆弱拟杆菌囊的lgA反应有助于细菌定居在上皮细胞表面，它提供了一种优势。

Donaldson说：“我们惊讶地发现，这种免疫反应事实上能够帮助有益细菌的繁殖，而这反过来也能够帮助宿主的生存。免疫学研究过去主要关注于病原体细菌，但是肠道中有数十亿的细菌，而大部分时候它们不会使人生病。我们的研究表明，存在一种针对这些细菌的主动免疫识别，但这种免疫反应并不会抑制这些细菌，相反却是帮助这些细菌。这表明，免疫系统不仅仅是个防御系统，抗体也不仅仅是武器。”

在未来的研究中，研究人员计划探究肠道中的抗体反应起初是如何发生的，以及这种反应为什么能够帮助脆弱拟杆菌，而其他的抗体却会伤害细菌。最终，这项研究可以被用于改善其他有益细菌在肠道中的生存状况，比如通过使用益生菌。

Mazmanian说：“过去十年中，很多关于疾病、生活方式、地域和出生因素的研究都描述了肠道微生物。我们了解到，微生物群落的组成与特定的疾病有关，比如，微生物组成的变化会导致炎性肠病、孤独症、帕金森症等。目前人们仍然不怎么了解的是，微生物群落最初是如何建立起来并维持的。我们的研究揭示出一种分子机制，特定的有益细菌利用这种机制主动地提升了自己在肠道中长期生存的能力，其方法是利用免疫系统并与免疫系统合作，而不是试图逃离被免疫系统当作病原体的命运。这项发现可以帮助人们找到新的方法来调整肠道菌群失衡，也许还能够防止和治疗多种人类疾病。”

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