揭示有益細(xì)菌利用免疫反應(yīng)在腸道中安營扎寨

哺乳動物的腸道是溫暖的、潮濕的和營養(yǎng)豐富的---一種非常適合細(xì)菌生長的環(huán)境。腸道中的“有益細(xì)菌”群落，通常被稱為腸道微生物組，在身體中起著至關(guān)重要的作用：有助于消化纖維、攝取營養(yǎng)和阻止各種疾病。我們都熟悉由致病性細(xì)菌侵入身體后引發(fā)的免疫反應(yīng)和疾病---因此，如果免疫系統(tǒng)經(jīng)過進(jìn)化后對細(xì)菌產(chǎn)生免疫排斥，那么哺乳動物如何與腸道中的有益細(xì)菌保持和諧關(guān)系？

如今，在一項(xiàng)新的研究中，來自美國加州理工學(xué)院的Sarkis Mazmanian教授及其團(tuán)隊(duì)證實(shí)一種特定類型的有益細(xì)菌實(shí)際上利用身體的免疫反應(yīng)使得它能夠舒適地在腸道中安營扎寨。相關(guān)研究結(jié)果于2018年5月3日在線發(fā)表在Science期刊上，論文標(biāo)題為“Gut microbiota utilize immunoglobulin A for mucosal colonization”。

Mazmanian團(tuán)隊(duì)選擇研究一種被稱作脆弱擬桿菌（Bacterioides fragilis）的細(xì)菌。這種特定的細(xì)菌種類在包括人類在內(nèi)的許多哺乳動物的大腸中大量存在，而且Mazmanian團(tuán)隊(duì)之前已證實(shí)它保護(hù)小鼠免受某些炎性疾病和神經(jīng)疾病（比如炎癥性腸病和多發(fā)性硬化癥）的影響。令人關(guān)注的是，盡管存在多種脆弱擬桿菌菌株，但是健康人僅與一種脆弱擬桿菌菌株形成長期的一對一關(guān)系。

論文**作者、Mazmanian實(shí)驗(yàn)室研究生Gregory Donaldson說，“其他實(shí)驗(yàn)室的研究已證實(shí)大多數(shù)人在一生當(dāng)中都攜帶相同的脆弱擬桿菌菌株。我們想要從分子水平上理解這種細(xì)菌如何能夠以一種長期穩(wěn)定的方式在腸道中定植?！?/span>

首先，這些研究人員旨在通過物理觀察脆弱擬桿菌所在的位置來研究這種細(xì)菌與腸道的共生關(guān)系。通過對小鼠腸道樣品進(jìn)行電鏡成像，他們能夠觀察到脆弱擬桿菌聚集在較厚的腸道粘液層（即粘膜層）的深處，靠近腸道表面的上皮細(xì)胞。Donaldson和他的和作者們猜測這種空間環(huán)境是單個細(xì)菌種類站位腳跟并建立穩(wěn)定的據(jù)點(diǎn)所必需的。

這些研究人員接下來旨在確定是什么機(jī)制允許脆弱擬桿菌在腸道內(nèi)的如此一種環(huán)境中定植。他們發(fā)現(xiàn)每個脆弱擬桿菌都被包裹在較厚的由碳水化合物組成的莢膜中。莢膜通常與試圖掩蓋自己而免受身體免疫系統(tǒng)識別和攻擊的病原菌存在關(guān)聯(lián)。缺乏這種莢膜的突變細(xì)菌不能在腸道粘膜層中聚集和棲息。因此，這些研究人員猜測莢膜碳水化合物是脆弱擬桿菌菌株在腸道中獨(dú)占它們的空間環(huán)境所必需的。

鑒于已知細(xì)菌莢膜與免疫系統(tǒng)對病原菌作出的免疫反應(yīng)存在關(guān)聯(lián)，Donaldson和Mazmanian推測免疫系統(tǒng)也可能對脆弱擬桿菌莢膜產(chǎn)生免疫反應(yīng)。事實(shí)上，他們發(fā)現(xiàn)抗體，即牢牢抓住特定細(xì)菌或病毒并對它們進(jìn)行標(biāo)記從而使得其他的免疫細(xì)胞吞噬和破壞它們的免疫蛋白，結(jié)合到腸道中的脆弱擬桿菌莢膜上。一種特殊類型的抗體，即免疫球蛋白A（IgA）---事實(shí)上，在人體中，它是最為大量產(chǎn)生的抗體類型---在整個腸道中發(fā)現(xiàn)到，但是它的特異性功能一直是神秘的。

通常，抗體反應(yīng)意味著致病菌即將死亡。但令人好奇的是，IgA不會對通常在腸道中生存的大多數(shù)細(xì)菌產(chǎn)生不利影響。就脆弱擬桿菌而言，這些研究人員發(fā)現(xiàn)IgA實(shí)際上有助這種細(xì)菌粘附到腸道上皮細(xì)胞上。此外，在缺乏IgA的小鼠中，這種細(xì)菌在腸道表面上定植并保持長期穩(wěn)定方面不太成功。

這些研究人員認(rèn)為，這種對脆弱擬桿菌莢膜產(chǎn)生的IgA免疫反應(yīng)有助于將這種細(xì)菌錨定在腸道上皮表面上，因而提供一種生存優(yōu)勢。

Donaldson說：“令人吃驚的是，免疫反應(yīng)實(shí)際上有助有益細(xì)菌旺盛生長，這接著有助宿主茁壯成長。這項(xiàng)免疫學(xué)研究主要是在致病菌的背景下開展的。但是腸道中有數(shù)以萬億的細(xì)菌，大多數(shù)時候它們都沒有讓你生病。我們的研究表明免疫系統(tǒng)對這些細(xì)菌產(chǎn)生主動的免疫識別，但是這種主動免疫識別給它們帶來益處而不是害處。這提示著免疫系統(tǒng)不僅僅是防御系統(tǒng)，抗體也不僅僅是武器?！?/span>

在未來的研究中，這些研究人員計(jì)劃首先研究腸道的抗體反應(yīng)是如何產(chǎn)生的，以及為何它給脆弱擬桿菌帶來益處而其他的抗體會傷害細(xì)菌。最終，這項(xiàng)研究可能被用來改善其他有益細(xì)菌的定植，例如通過使用益生菌。