揭示有益細菌利用免疫反應在腸道中安營扎寨

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

如今，在一項新的研究中，來自美國加州理工學院的Sarkis Mazmanian教授及其團隊證實一種特定類型的有益細菌實際上利用身體的免疫反應使得它能夠舒適地在腸道中安營扎寨。相關研究結果于2018年5月3日在線發表在Science期刊上，論文標題為“Gut microbiota utilize immunoglobulin A for mucosal colonization”。

Mazmanian團隊選擇研究一種被稱作脆弱擬桿菌（Bacterioides fragilis）的細菌。這種特定的細菌種類在包括人類在內的許多哺乳動物的大腸中大量存在，而且Mazmanian團隊之前已證實它保護小鼠免受某些炎性疾病和神經疾病（比如炎癥性腸病和多發性硬化癥）的影響。令人關注的是，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系。

論文**作者、Mazmanian實驗室研究生Gregory Donaldson說，“其他實驗室的研究已證實大多數人在一生當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菌如何能夠以一種長期穩定的方式在腸道中定植。”

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菌與腸道的共生關系。通過對小鼠腸道樣品進行電鏡成像，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胞。Donaldson和他的和作者們猜測這種空間環境是單個細菌種類站位腳跟并建立穩定的據點所必需的。

這些研究人員接下來旨在確定是什么機制允許脆弱擬桿菌在腸道內的如此一種環境中定植。他們發現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識別和攻擊的病原菌存在關聯。缺乏這種莢膜的突變細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占它們的空間環境所必需的。

鑒于已知細菌莢膜與免疫系統對病原菌作出的免疫反應存在關聯，Donaldson和Mazmanian推測免疫系統也可能對脆弱擬桿菌莢膜產生免疫反應。事實上，他們發現抗體，即牢牢抓住特定細菌或病毒并對它們進行標記從而使得其他的免疫細胞吞噬和破壞它們的免疫蛋白，結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）---事實上，在人體中，它是最為大量產生的抗體類型---在整個腸道中發現到，但是它的特異性功能一直是神秘的。

通常，抗體反應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細菌產生不利影響。就脆弱擬桿菌而言，這些研究人員發現IgA實際上有助這種細菌粘附到腸道上皮細胞上。此外，在缺乏IgA的小鼠中，這種細菌在腸道表面上定植并保持長期穩定方面不太成功。

這些研究人員認為，這種對脆弱擬桿菌莢膜產生的IgA免疫反應有助于將這種細菌錨定在腸道上皮表面上，因而提供一種生存優勢。

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

在未來的研究中，這些研究人員計劃首先研究腸道的抗體反應是如何產生的，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菌。最終，這項研究可能被用來改善其他有益細菌的定植，例如通過使用益生菌。