說起“神藥”，大家多半會想到二甲雙胍、阿司匹林這種，不過，根據(jù)奇點糕的人生經(jīng)驗，很多人好像把抗生素也當(dāng)成半個“神藥”，有個感冒或者頭疼腦熱就先來點兒，這可真不是什么好習(xí)慣，搞不好，抗生素還要擋了免疫系統(tǒng)的道呢！

近日，來自瑞典斯德哥爾摩大學(xué)分子生物科學(xué)系以及分子感染醫(yī)學(xué)中心（NIMS）的副教授Nelson O Gekara及團(tuán)隊在《免疫》雜志發(fā)表了一篇文章[1]。

他們發(fā)現(xiàn)，腸道菌群釋放的膜泡可以通過血液循環(huán)到達(dá)不同器官并與宿主細(xì)胞融合，膜泡中的DNA片段通過激活胞漿cGAS-STING-IFN-I軸提高宿主體內(nèi)I型干擾素的水平，起到防范病毒入侵以及加快肺部或系統(tǒng)性病毒感染清除的作用，而抗生素的使用會大量降低腸道菌群的生物量和多樣性，使得I型干擾素水平無法維持，增加宿主對病毒的易感性。

圖1. 文章封面截圖

腸道菌群對我們身體健康所做的一個重要貢獻(xiàn)就是抵御食物或其他來源的病原體的定植。俗話說不干不凈，吃了沒病，現(xiàn)在更科學(xué)的解釋是腸道菌群阻止了病原微生物和腸道上皮細(xì)胞接觸的機會，或抑制了病原微生物的繁殖，使得它們還沒來得及搞破壞就已經(jīng)被人體排泄出去。

腸道菌群抑制病原細(xì)菌的機制研究的相對充分一些，比如競爭代謝產(chǎn)物、分泌針對病原菌的毒素，或者上調(diào)宿主細(xì)胞的免疫殺傷功能[2]，更快消滅病原菌。很多特定的菌株還被應(yīng)用于治療或預(yù)防沙門氏菌和艱難梭菌的感染，進(jìn)入了臨床試驗階段。但腸道菌群對病毒感染的防治作用及其機制還不明確。

于是Nelson O Gekara及其團(tuán)隊通過體內(nèi)體外實驗試圖回答腸道菌群的完整性是否影響宿主對病毒感染的抗性。實驗使用了I型單純皰疹病毒（HSV-1）感染小鼠模型，分別通過滴鼻和腹腔注射誘導(dǎo)肺部感染和系統(tǒng)性感染。

其中一組小鼠在感染前通過飲用水口服了兩周氨芐青霉素、新霉素和萬古霉素，對小鼠糞便樣品進(jìn)行16S rRNA 測序結(jié)果顯示，服用抗生素的小鼠腸道菌群幾乎被 “清零” ，尤其是曾經(jīng)占主導(dǎo)的擬桿菌門和變形菌門幾乎全部消失。而這些服用抗生素的小鼠在感染HSV-1 48小時后肺部和腹部的病毒載量都顯著高于未服用抗生素的對照組，并且小鼠體溫的下降和疾病的評分也顯著高于對照組。說明抗生素對腸道菌群的破壞與宿主對HSV-1易感性增加存在關(guān)聯(lián)。

圖2. 抗生素服用后腸道菌群組分的變化以及HSV-1感染后不同部位的病毒載量

人體抗病毒最重要細(xì)胞因子之一就是I型干擾素[3]，這一細(xì)胞因子在沒有感染的情況下通常處于較低的水平，當(dāng)病毒入侵時則會快速啟動響應(yīng)，激活各類免疫細(xì)胞清除病毒。那么抗生素的服用對體內(nèi)I型干擾素的基礎(chǔ)水平有無影響呢？

實驗使用了帶有特定熒光標(biāo)記Ifnb1基因的小鼠，分別令其口服抗生素或僅飲用水，發(fā)現(xiàn)服用抗生素的小鼠Ifnb1的表達(dá)顯著下降。除此之外，給小鼠服用抗生素后再進(jìn)行糞菌移植恢復(fù)其腸道菌群，短短24小時就使I型干擾素的水平增加到了原有水平。說明這些被抗生素消滅的腸道菌群有著刺激和維持Ifnb1表達(dá)的作用。

更重要的是，當(dāng)科研人員們給干擾素受體基因 （Ifnar^-/-)缺失的小鼠服用了抗生素并感染HSV-1時，這些小鼠與未服用抗生素的對照組Ifnar^-/-小鼠的肺部和血液中的病毒載量并無差異，并且都高于野生型小鼠。這樣看來，I型干擾素的下降是服用抗生素導(dǎo)致病毒蔓延的重要原因之一。

圖3. 服用抗生素前后以及糞菌轉(zhuǎn)移前后I型干擾素的水平

那么腸道菌群究竟是如何刺激宿主細(xì)胞表達(dá)并維持相對較高水平的I型干擾素呢？

誘導(dǎo)I型干擾素表達(dá)的通路有TLR-Myd88，RIR-IPS1/MAVS，cGAS-STING[4-6]，可以識別細(xì)胞內(nèi)和細(xì)胞外的多種細(xì)菌產(chǎn)物，如脂多糖（LPS）或RNA、DNA片段?？蒲腥藛T們分別構(gòu)建了不同的基因敲除小鼠，發(fā)現(xiàn)在STING基因缺失的小鼠中I型干擾素的表達(dá)量最低，而缺失TLR信號通路的小鼠I型干擾素的表達(dá)則不受影響，說明腸道菌群對I型干擾素的上調(diào)依賴于STING通路而非TLR通路。

接著，科研人員們用腸道菌群中常見的大腸桿菌與小鼠骨髓來源的巨噬細(xì)胞進(jìn)行共培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)即使大腸桿菌不與細(xì)胞接觸同樣能夠上調(diào)I型干擾素的表達(dá)，而STING缺失小鼠的巨噬細(xì)胞不論是否與細(xì)菌接觸，I型干擾素的表達(dá)都遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于野生型小鼠。這些結(jié)果表明大腸桿菌分泌的某些產(chǎn)物通過STING激活了I型干擾素。

圖4. 大腸桿菌與BMDM共培養(yǎng)不同條件下對I型干擾素的激活效果

科研人員們分離了大腸桿菌分泌的膜泡（MVs）并通過腹腔注射到小鼠體內(nèi)，兩周后再感染HSV-1，發(fā)現(xiàn)膜泡能夠上調(diào)I型干擾素水平，降低病毒載量。而且這些膜泡中的DNA正是通過cGAS-STING通路啟動了I型干擾素的表達(dá)，當(dāng)膜泡結(jié)構(gòu)被破壞或宿主細(xì)胞缺失cGAS或STING，這一抗病毒感染的保護(hù)效果均會缺失。注入腸道菌群中常見的其他細(xì)菌的膜泡同樣能起到這樣的作用。

最后，科研人員們在小鼠的糞便以及血液中均分離到了細(xì)菌膜泡，并對其中的DNA進(jìn)行了測序，發(fā)現(xiàn)膜泡的來源包含厚壁菌門、變形菌門、擬桿菌門、放線菌門等眾多的常見腸道菌群成分?？偨Y(jié)下來，多種腸道細(xì)菌可以釋放膜泡到血液中，膜泡游走至不同的器官與宿主細(xì)胞膜融合，其中的DNA通過cGAS-STING通路激活I(lǐng)FN-I的表達(dá)，當(dāng)有病毒入侵時可以快速響應(yīng)并啟動其他免疫細(xì)胞的抗病毒作用。

圖5. 文章結(jié)論總結(jié)

雖然菌群僅存在于腸腔，但他們分泌的膜泡包含的信號分子卻可以遍布全身各處，除了STING信號通路外還會作用于哪些受體和下游通路呢？除了調(diào)節(jié)宿主抗病毒的能力，是否也與自身免疫性疾病等其他疾病相關(guān)呢？

這篇文章提示我們，想要了解更多腸道菌群的作用可能不僅要著眼于菌群本身，還要關(guān)注它們所分泌和釋放的大大小小的結(jié)構(gòu)和分子。

參考文獻(xiàn)

1. Erttmann S F, Swacha P, Aung K M, et al. The gut microbiota prime systemic antiviral immunity via the cGAS-STING-IFN-I axis[J]. Immunity, 2022, 55(5): 847-861. e10.

2. Khosravi, A., and Mazmanian, S.K. (2013). Disruption of the gut microbiome as a risk factor for microbial infections. Curr. Opin. Microbiol. 16, 221–227.

3. Gough, D.J., Messina, N.L., Clarke, C.J., Johnstone, R.W., and Levy, D.E. (2012). Constitutive type I interferon modulates homeostatic balance through tonic signaling. Immunity 36, 166–174.

4. Kawai, T., and Akira, S. (2011). Toll-like receptors and their crosstalk with other innate receptors in infection and immunity. Immunity 34, 637–650.

5. Lienenklaus, S., Cornitescu, M., Zietara, N., qyszkiewicz, M., Gekara, N., Jab1o′nska, J., Edenhofer, F., Rajewsky, K., Bruder, D., Hafner, M., et al. (2009). Novel reporter mouse reveals constitutive and inflammatory expression of IFN-beta in vivo. J. Immunol. 183, 3229–3236.

6. Sun, L., Wu, J., Du, F., Chen, X., and Chen, Z.J. (2013). Cyclic GMP-AMP synthase is a cytosolic DNA sensor that activates the type I interferon pathway. Science 339, 786–791.

責(zé)任編輯丨應(yīng)雨妍