一種腸道細菌的研究啟示：免疫系統不僅用來防禦，抗體也不僅僅是武器

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哺乳動物的腸道是溫暖、潮濕以及營養豐富的。這對於細菌生長來說是完美的環境。腸道中的「有益細菌」群體通常被稱作微生物群，它們對於身體來說是非常重要的合作夥伴，它們幫助消化纖維、提取營養，並預防各種疾病。我們都知道，當身體被有害菌入侵後，會引起免疫反應或疾病。因此，如果免疫系統進化出了抵抗微生物的能力，那麼哺乳動物是如何與腸道中的有益菌共建和諧社會的呢？

現在，美國加州理工學院的一項新研究揭示出了一種特殊的有益菌是如何利用人體的免疫反應，從而使其能夠在腸道中舒適地安頓下來。

這項研究是在微生物學和傳統醫學研究所Sarkis Mazmanian教授的實驗室完成。描述這項研究的論文於近日已發表在《Science》上。

Mazmanian 實驗室的這個研究團隊由研究生Gregory Donaldson領導。他們選擇對一種名為脆弱擬桿菌(Bacterioides.fragilis)的細菌進行測試。這種特殊的菌種大量存在於很多哺乳動物的大腸中，包括人類，並且在之前Mazmanian實驗室的研究中表明，它被用於保護小鼠免受某些炎症和神經疾病如炎性腸病和多發性硬化症的影響。有趣的是，儘管存在多種脆弱擬桿菌，但是健康人體中卻只與其中一種保持著長期的單一關係。

Donaldson說：「其他實驗室的研究表明，大部分人一生中都攜帶同一種脆弱擬桿菌。我們想要在分子水平上了解這些細菌是如何能夠如此穩定長期地生存在腸道中的。」

首先，研究人員旨在通過物理觀察細菌所在的位置來檢查脆弱擬桿菌與腸道的共生關係。通過電子顯微鏡對小鼠腸道樣本進行成像，研究團隊能夠觀察到，脆弱擬桿菌聚集在厚厚的腸道粘膜內壁深處，緊貼著排列在腸道表面的上皮細胞。Donaldson和同事們推斷，這種空間生態位置對於單一物種的遷入和建立穩定的立足點是必要的。

小鼠腸道切片的電子顯微鏡圖像，脆弱擬桿菌(b.fragilis)聚集在構成腸道內壁的上皮細胞附近。圖片來源：Courtesy of the Mazmanian laboratory

他們接下來的目標，是確定是什麼機制使脆弱擬桿菌能夠在腸道內定殖這樣一個小生境。他們發現，每種脆弱擬桿菌都被包圍在一個由碳水化合物組成的厚厚的囊中。這種囊通常與病原體聯繫在一起，試圖偽裝自己不被身體的免疫系統發現和攻擊。缺少這個囊的突變細菌無法聚集，也無法在粘膜層中生存。因此，研究人員推測，囊狀的碳水化合物對於脆弱擬桿菌能夠壟斷在腸道中的生存權利是必須的。

由於細菌的囊與對病原菌的免疫反應有關，Donaldson和Mazmanian推測，也存在針對脆弱擬桿菌囊的免疫反應。事實上，他們發現，在腸道中有抗體與脆弱擬桿菌的囊結合到一起，抗體指的是免疫蛋白，它能夠為其他的免疫細胞抓取並標記出特定的細菌和病毒，從而使其他免疫細胞能夠吞噬並摧毀病原體。一種特殊的抗體，即免疫球蛋白A（IgA）存在於腸道中，事實上，這是人體中產生量最大的一種抗體，但是人們卻一直沒有完全弄清楚它的具體功能。

通常，抗體應答意味著病原體細菌即將死亡。但奇怪的是，IgA並不會對大部分生存在腸道中的細菌產生不利影響。研究人員發現，對於脆弱擬桿菌來說，它能夠幫助細菌粘附到上皮細胞上。此外，對於缺少lgA的小鼠來說，這些細菌在腸道表面生存和維持長期穩定性的成功率比較低。

研究團隊認為，這種針對脆弱擬桿菌囊的lgA反應有助於細菌定居在上皮細胞表面，它提供了一種優勢。

Donaldson說：「我們驚訝地發現，這種免疫反應事實上能夠幫助有益細菌的繁殖，而這反過來也能夠幫助宿主的生存。免疫學研究過去主要關注於病原體細菌，但是腸道中有數十億的細菌，而大部分時候它們不會使人生病。我們的研究表明，存在一種針對這些細菌的主動免疫識別，但這種免疫反應並不會抑制這些細菌，相反卻是幫助這些細菌。這表明，免疫系統不僅僅是個防禦系統，抗體也不僅僅是武器。」

在未來的研究中，研究人員計劃探究腸道中的抗體反應起初是如何發生的，以及這種反應為什麼能夠幫助脆弱擬桿菌，而其他的抗體卻會傷害細菌。最終，這項研究可以被用於改善其他有益細菌在腸道中的生存狀況，比如通過使用益生菌。

Mazmanian說：「過去十年中，很多關於疾病、生活方式、地域和出生因素的研究都描述了腸道微生物。我們了解到，微生物群落的組成與特定的疾病有關，比如，微生物組成的變化會導致炎性腸病、孤獨症、帕金森症等。目前人們仍然不怎麼了解的是，微生物群落最初是如何建立起來並維持的。我們的研究揭示出一種分子機制，特定的有益細菌利用這種機制主動地提升了自己在腸道中長期生存的能力，其方法是利用免疫系統並與免疫系統合作，而不是試圖逃離被免疫系統當作病原體的命運。這項發現可以幫助人們找到新的方法來調整腸道菌群失衡，也許還能夠防止和治療多種人類疾病。」

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