Science揭秘肠道菌的“智慧” 借助免疫系统“安居乐业”

近几年，肠道微生物因与人类健康息息相关而备受瞩目。关于肠道菌与人类的共生，暗藏着很多惊喜和意外。现在，科学家们发现，一种负责抵抗病原体的免疫蛋白竟然是一些明显无害的细菌得以在肠道中“安家”的关键。

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哺乳动物的肠道温暖、湿润且营养丰富，是细菌们生长的最佳环境。它们集聚于此，并发挥着重要的功能，包括食物消化、营养吸收、免疫防御等。科学家们一直试图弄清楚肠道微生物与宿主保持和谐关系的机制。

5月3日，《Science》期刊发表了以“Gut microbiota utilize immunoglobulin A for mucosal colonization”为题的最新文章，揭示免疫球蛋白（IgA）是帮助肠道细菌“定居”肠道的关键。

来自于加州理工学院的微生物学家Sarkis Mazmanian和团队发现，细菌会诱导IgA蛋白覆盖其表面，从而确保自身进入肠道黏液层，成为肠道菌群的稳定组成。

DOI: 10.1126/science.aaq0926

1.免疫球蛋白A

IgA最初发现于50年前，是机体分泌最多的抗体之一，负责防御病原体入侵。人类每天生成3-5g IgA抗体，约占机体抗体总表达量的75%。日本RIKEN Yokohama研究所的免疫学家Sidonia Fagarasan曾在2002年首次揭示IgA蛋白会帮助某些细菌生存，而不是消除它们。他认为，细菌与免疫系统之间的“对话”可能影响着多种生理过程。

我们都知道，母乳中含有丰富的IgA蛋白。考虑到IgA水平低的小鼠体内依然存在有异常的微生物，Fagarasan推测，IgA行使着维持体内细菌平衡的职责。

An electron microscopy image of a section of the mouse gut, showing B. fragilis aggregating close to the epithelial cells that make up the lining of the gut. Credit: Mazmanian laboratory

2.最新研究

Sarkis Mazmanian团队一直试图了解肠道细菌Bacteroides fragilis（B. fragilis，与减轻结肠炎、多发性硬化症甚至于孤独症有关）在不断变化的肠道环境中长期存在的机制。

通过一系列研究，Sarkis Mazmanian团队发现，免疫球蛋白A是关键。他们发现，细菌表面表达有能够与大量IgA结合的糖分子。通常，IgA会包裹住病原体进而消灭它们。但是现在，IgA的覆盖能够促使细菌聚集在肠壁，进入黏液层，最终在肠道中“安居乐业”。一旦缺乏免疫球蛋白A，微生物将无法在肠道中长久寄居。

为进一步证实IgA的功能，研究团队利用基因工程技术改造获得无法表达IgA的小鼠（在无菌环境中培养）。当给小鼠添加B. fragilis细菌后，只有正常表达IgA的小鼠肠道中会检测到B. fragilis，而不表达IgA的突变小鼠肠道则没有B. fragilis长久存在。

除了B. fragilis，研究人员发现，还有一些细菌同样受IgA蛋白影响。“这些结果展现了人类与微生物协同进化的细节。” Mazmanian解释道，“除了抵抗病原体的入侵，免疫球蛋白A可能还负责肠道菌群的共生。”

参考资料：

1）By wrapping itself in antibodies, this bacterium may become a stable, beneficial part of the gut

2）A gut bacterium's guide to building a microbiome