加州理工大學(xué):人體“防御”系統(tǒng)幫助細(xì)菌生長

閱讀次數(shù)：711 發(fā)布時間：2018/5/7 10:02:03

前言：哺乳動物的腸道溫暖、潮濕又營養(yǎng)豐富，非常適合細(xì)菌生長。有益的微生物菌群（microbiome）有助于消化纖維質(zhì)、提取營養(yǎng)和預(yù)防疾病。眾所周知，壞的或致病的細(xì)菌進(jìn)入體內(nèi)會導(dǎo)致免疫反應(yīng)或疾病，那么，為什么哺乳動物免疫系統(tǒng)能容忍有益細(xì)菌？

恒遠(yuǎn)生物報道：加州理工大學(xué)發(fā)表在《Science》的一項新研究闡明了一種有益細(xì)菌利用人類免疫反應(yīng)讓自身舒服地安頓在腸道內(nèi)的基本原理。

在研究生Gregory Donaldson的領(lǐng)導(dǎo)下，微生物學(xué)和傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)研究所教授Sarkis Mazmanian實驗室選擇從一種大量存在于許多哺乳動物（包括人類）大腸內(nèi)的脆弱擬桿菌（Bacterioides fragilis，B. fragilis）入手。此前，Mazmanian實驗室鑒定，這種細(xì)菌能保護(hù)小鼠免受某些炎癥、神經(jīng)系統(tǒng)疾�。ㄈ缪装Y性腸病和多發(fā)性硬化癥）侵襲。有趣的是，盡管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(guān)系。

“其他實驗室的研究表明，大多數(shù)人一生中只攜帶一種類型的B. fragilis，” Donaldson說。“于是，我們想從分子水平理解這些細(xì)菌如何以這種穩(wěn)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(xì)菌所在位置，檢查B. fragilis與腸道共生關(guān)系。小鼠腸道樣本電子顯微鏡成像顯示，B. fragilis細(xì)胞聚集在厚厚的腸粘液深層，靠近腸表面的上皮細(xì)胞(如下圖)。Donaldson和同事認(rèn)為，良好的空間生態(tài)對物種定居和建立穩(wěn)固的立足點很有必要。

研究團(tuán)隊的下一步目標(biāo)是研究讓B. fragilis定植在這種腸道細(xì)胞龕環(huán)境的分子機(jī)制。他們發(fā)現(xiàn)，每個B. fragilis細(xì)胞都被包裹在一個由碳水化合物組成的厚膠囊（capsule）內(nèi)，這種膠囊狀結(jié)構(gòu)通常與病原體相關(guān)聯(lián)，它能保護(hù)病原體避免免疫系統(tǒng)識別和攻擊。缺乏膠囊的突變細(xì)菌不能聚集并定植在腸粘膜層。因此，研究人員認(rèn)為，膠囊性碳水化合物是B. fragilis能壟斷其腸道生態(tài)位所必需的。

Donaldson和Mazmanian假設(shè)，B. fragilis的膠囊也可能與免疫應(yīng)答有關(guān)。他們在位于腸道的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存在于整個腸道，也是人體內(nèi)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(yīng)意味著病原菌的死亡。奇怪的是，IgA對健康腸道內(nèi)大多數(shù)細(xì)菌并無負(fù)面影響。研究人員發(fā)現(xiàn)，IgA反而幫助B. fragilis粘附在上皮細(xì)胞上。此外，在缺乏IgA的小鼠模型中，細(xì)菌在腸道表面定植和保持長期穩(wěn)定性方面就不太成功。

研究小組認(rèn)為，IgA對B. fragilis膠囊的應(yīng)答有助于細(xì)菌錨定在上皮表面，從而為其提供競爭優(yōu)勢。“令人驚訝的是，人體免疫反應(yīng)實際上是在幫助有益細(xì)菌茁長成長，反過來，這些細(xì)菌幫助宿主茁壯成長，” Donaldson說。

多年來，免疫學(xué)的研究背景大多圍繞病原菌。腸道的情況卻十分復(fù)雜，數(shù)十億細(xì)菌中的大多數(shù)都在努力不讓您生病。“我們的研究表明，腸道細(xì)菌也涉及積極的免疫識別，但是，免疫系統(tǒng)的目的不是絞殺它們，而是保護(hù)它們。”免疫系統(tǒng)不僅僅是防御系統(tǒng)，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(yīng)是如何發(fā)生的，為什么它能特異性地幫助B. fragilis？最終的工作成果將用來改善病人或體弱者體內(nèi)有益細(xì)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(jīng)了解到，微生物群落的組成影響著包括炎癥性腸病、自閉癥和帕金森癥等多種疾病。迄今為止，有關(guān)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(xì)菌與免疫系統(tǒng)合作，從而促進(jìn)長期腸道定植的分子機(jī)理，這一發(fā)現(xiàn)將轉(zhuǎn)化為微生物菌群失調(diào)治療新方法，或許可以預(yù)防或治療多種人類疾病。”

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