《Science》人體「防禦」系統幫助細菌生長

哺乳動物的腸道溫暖、潮濕又營養豐富，非常適合細菌生長。有益的微生物菌群（microbiome）有助於消化纖維質、提取營養和預防疾病。眾所周知，壞的或致病的細菌進入體內會導致免疫反應或疾病，那麼，為什麼哺乳動物免疫系統能容忍有益細菌？

加州理工大學發表在《Science》的一項新研究闡明了一種有益細菌利用人類免疫反應讓自身舒服地安頓在腸道內的基本原理。

在研究生Gregory Donaldson的領導下，微生物學和傳統醫學研究所教授Sarkis Mazmanian實驗室選擇從一種大量存在於許多哺乳動物（包括人類）大腸內的脆弱擬桿菌（Bacterioides fragilis，B. fragilis）入手。此前，Mazmanian實驗室鑒定，這種細菌能保護小鼠免受某些炎症、神經系統疾病（如炎症性腸病和多發性硬化症）侵襲。有趣的是，儘管B. fragilis菌株多樣性豐富，但健康人體只能與單一的某種B. fragilis保持長期固定關係。

「其他實驗室的研究表明，大多數人一生中只攜帶一種類型的B. fragilis，」 Donaldson說。「於是，我們想從分子水平理解這些細菌如何以這種穩定的、長期的方式在腸道定居。」

首先，研究人員通過物理觀察細菌所在位置，檢查B. fragilis與腸道共生關係。小鼠腸道樣本電子顯微鏡成像顯示，B. fragilis細胞聚集在厚厚的腸粘液深層，靠近腸表面的上皮細胞(如下圖)。Donaldson和同事認為，良好的空間生態對物種定居和建立穩固的立足點很有必要。

研究團隊的下一步目標是研究讓B. fragilis定植在這種腸道細胞龕環境的分子機制。他們發現，每個B. fragilis細胞都被包裹在一個由碳水化合物組成的厚膠囊（capsule）內，這種膠囊狀結構通常與病原體相關聯，它能保護病原體避免免疫系統識別和攻擊。缺乏膠囊的突變細菌不能聚集並定植在腸粘膜層。因此，研究人員認為，膠囊性碳水化合物是B. fragilis能壟斷其腸道生態位所必需的。

Donaldson和Mazmanian假設，B. fragilis的膠囊也可能與免疫應答有關。他們在位於腸道的B. fragilis膠囊上找到了一種比較特別的抗體，免疫球蛋白A（immunoglobulin A，IgA），事實上，IgA存在於整個腸道，也是人體內最豐富的抗體類型，但它的特定功能一直是一個謎。

通常情況，有抗體反應意味著病原菌的死亡。奇怪的是，IgA對健康腸道內大多數細菌並無負面影響。研究人員發現，IgA反而幫助B. fragilis粘附在上皮細胞上。此外，在缺乏IgA的小鼠模型中，細菌在腸道表面定植和保持長期穩定性方面就不太成功。

研究小組認為，IgA對B. fragilis膠囊的應答有助於細菌錨定在上皮表面，從而為其提供競爭優勢。「令人驚訝的是，人體免疫反應實際上是在幫助有益細菌茁長成長，反過來，這些細菌幫助宿主茁壯成長，」 Donaldson說。

多年來，免疫學的研究背景大多圍繞病原菌。腸道的情況卻十分複雜，數十億細菌中的大多數都在努力不讓你生病。「我們的研究表明，腸道細菌也涉及積極的免疫識別，但是，免疫系統的目的不是絞殺它們，而是保護它們。」

免疫系統不僅僅是防禦系統，抗體也不只是武器。

未來，研究人員計劃研究腸道的這種免疫反應是如何發生的，為什麼它能特異性地幫助B. fragilis？最終的工作成果將用來改善病人或體弱者體內有益細菌定植。

「過去十幾年，許多研究在疾病、生活方式、地理和出生等各種情景下剖析了腸道菌群，」 Mazmanian說。「我們已經了解到，微生物群落的組成影響著包括炎症性腸病、自閉症和帕金森症等多種疾病。迄今為止，有關微生物群落的建立和維持，在很大程度上仍是未知的。我們的研究揭示了特定有益細菌與免疫系統合作，從而促進長期腸道定植的分子機理，這一發現將轉化為微生物菌群失調治療新方法，或許可以預防或治療多種人類疾病。」

原文標題

Gut microbiota utilize immunoglobulin A for mucosal colonization

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