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Science揭秘肠道菌的“智慧”,借助免疫系统“安居乐业”

2018.5.08

  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。

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图片来源:Pixabay

  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。

  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。

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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

  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。”


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