《Science》人体“防御”系统帮助细菌生长

　　

哺乳动物的肠道温暖、潮湿又营养丰富，非常适合细菌生长。有益的微生物菌群（microbiome）有助于消化纤维质、提取营养和预防疾病。众所周知，坏的或致病的细菌进入体内会导致免疫反应或疾病，那么，为什么哺乳动物免疫系统能容忍有益细菌？

加州理工大学发表在《Science》的一项新研究阐明了一种有益细菌利用人类免疫反应让自身舒服地安顿在肠道内的基本原理。

在研究生Gregory Donaldson的领导下，微生物学和传统医学研究所教授Sarkis Mazmanian实验室选择从一种大量存在于许多哺乳动物（包括人类）大肠内的脆弱拟杆菌（Bacterioides fragilis，B. fragilis）入手。此前，Mazmanian实验室鉴定，这种细菌能保护小鼠免受某些炎症、神经系统疾病（如炎症性肠病和多发性硬化症）侵袭。有趣的是，尽管B. fragilis菌株多样性丰富，但健康人体只能与单一的某种B. fragilis保持长期固定关系。

“其他实验室的研究表明，大多数人一生中只携带一种类型的B. fragilis，” Donaldson说。“于是，我们想从分子水平理解这些细菌如何以这种稳定的、长期的方式在肠道定居。”

首先，研究人员通过物理观察细菌所在位置，检查B. fragilis与肠道共生关系。小鼠肠道样本电子显微镜成像显示，B. fragilis细胞聚集在厚厚的肠粘液深层，靠近肠表面的上皮细胞(如下图)。Donaldson和同事认为，良好的空间生态对物种定居和建立稳固的立足点很有必要。

研究团队的下一步目标是研究让B. fragilis定植在这种肠道细胞龛环境的分子机制。他们发现，每个B. fragilis细胞都被包裹在一个由碳水化合物组成的厚胶囊（capsule）内，这种胶囊状结构通常与病原体相关联，它能保护病原体避免免疫系统识别和攻击。缺乏胶囊的突变细菌不能聚集并定植在肠粘膜层。因此，研究人员认为，胶囊性碳水化合物是B. fragilis能垄断其肠道生态位所必需的。

Donaldson和Mazmanian假设，B. fragilis的胶囊也可能与免疫应答有关。他们在位于肠道的B. fragilis胶囊上找到了一种比较特别的抗体，免疫球蛋白A（immunoglobulin A，IgA），事实上，IgA存在于整个肠道，也是人体内最丰富的抗体类型，但它的特定功能一直是一个谜。

通常情况，有抗体反应意味着病原菌的死亡。奇怪的是，IgA对健康肠道内大多数细菌并无负面影响。研究人员发现，IgA反而帮助B. fragilis粘附在上皮细胞上。此外，在缺乏IgA的小鼠模型中，细菌在肠道表面定植和保持长期稳定性方面就不太成功。

研究小组认为，IgA对B. fragilis胶囊的应答有助于细菌锚定在上皮表面，从而为其提供竞争优势。“令人惊讶的是，人体免疫反应实际上是在帮助有益细菌茁长成长，反过来，这些细菌帮助宿主茁壮成长，” Donaldson说。

多年来，免疫学的研究背景大多围绕病原菌。肠道的情况却十分复杂，数十亿细菌中的大多数都在努力不让你生病。“我们的研究表明，肠道细菌也涉及积极的免疫识别，但是，免疫系统的目的不是绞杀它们，而是保护它们。”
免疫系统不仅仅是防御系统，抗体也不只是武器。

未来，研究人员计划研究肠道的这种免疫反应是如何发生的，为什么它能特异性地帮助B. fragilis？最终的工作成果将用来改善病人或体弱者体内有益细菌定植。

“过去十几年，许多研究在疾病、生活方式、地理和出生等各种情景下剖析了肠道菌群，” Mazmanian说。“我们已经了解到，微生物群落的组成影响着包括炎症性肠病、自闭症和帕金森症等多种疾病。迄今为止，有关微生物群落的建立和维持，在很大程度上仍是未知的。我们的研究揭示了特定有益细菌与免疫系统合作，从而促进长期肠道定植的分子机理，这一发现将转化为微生物菌群失调治疗新方法，或许可以预防或治疗多种人类疾病。”

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原文检索：Gut microbiota utilize immunoglobulin A for mucosal colonization

（生物通：伍松）