肠道菌群有可能引发自身免疫疾病

在我们体内和体表有许多外来生物，数量和构成自己身体的细胞一样多。这些殖民者的一个特殊种群，已经引起了科学界的许多兴趣：胃肠道中的居住者，也被称为肠道菌群。寄生于这个空间的细菌和真菌，与人类共同进化了数百万年的时间。它们中的大多数是共生的，保护我们抵御病原微生物，并帮助我们执行关键的代谢功能。

纽约大学的免疫学家Gregg Silverman说：“它们决定着我们的营养摄入，也决定着我们的免疫设定点，以及我们是否能够处理炎症。”

肠道微生物可以制造一些蛋白质或肽段，它们的序列接近于我们自己的序列。这种分子模拟通常是无害的，除非当它导致免疫细胞响应我们天然蛋白质的时候。这可能导致一些自身免疫性疾病，如抗磷脂综合征（APS）——一种研究并不充分的疾病，特点是静脉和动脉的血液凝固以及流产和死胎。患有这种疾病的患者，可对一种称为β2糖蛋白1（β2GP-1）的蛋白质以及构成细胞膜的磷脂，产生高水平的血清抗体。

来自耶鲁大学的Martin Kriegel和William Ruff发现，两种共生的肠道微生物——Roseburia intestinalis和Klebsiella pneumoniae，可制造模拟β2GP-1部分的蛋白质，从而导致免疫耐受性的破坏，并导致APS的发展。

Ruff说：“肠道是一个巨大的抗原库，可以导致不同的交叉反应，不仅在APS中，而且还在类风湿性关节炎、多发性硬化症、1型糖尿病和狼疮中。”

虽然是微生物领域的一个流行观点，但是作为免疫交叉反应性的一个原因，分子模拟的机制仍然描述不充分。最著名的例子是，Guillain-Barré综合征，可导致瘫痪的一种自身免疫性疾病。十年前，研究人员发现，Campylobacter jejuni分子可用大脑中的脂质，驱动免疫交叉反应，最终导致疾病。

到目前为止，分子模拟在驱动其他自身免疫性疾病中的作用，很大程度上仍然是假设的。Silverman没有参与这项新研究，他指出：“Kriegel谈论的实际上是一个新的水平，并不是纯粹的病原性细菌引发了这些反应。”

Ruff说：“我认为，这个想法是一个潜在的范式转变！如果我们可以证明，共生交叉反应不仅发生了，而且实际上在驱动一种生理反应，那么这就是思考微生物相互作用的一种全新方式。”

为了寻找肠道细菌在APS病因中发挥的可能作用，Kriegel的研究小组使用抗生素（如新霉素、万古霉素、甲硝唑肠道），选择性耗尽APS小鼠模型肠道中的细菌。他们发现，万古霉素和甲硝唑可预防疾病的发展，表明革兰氏阳性菌可能是APS的罪魁祸首。

APS的发展需要针对β2GP-1一个特定区域（称为结构域1）的自身抗体，所以Kriegel的研究小组接下来寻找具有模拟该结构域序列片段的肠道细菌蛋白质。利用BLAST比对工具，Ruff发现，来自革兰氏阴性和革兰氏阳性肠道菌的几个蛋白，与β2GP-1的结构域1同源。为了缩小候选者的范围，他选择了可以被B细胞和T细胞识别的蛋白质，这表明自身免疫性疾病的一种可能性。最后，它归根到底是一种常见的下小肠或结肠黏膜居民，称Roseburia intestinalis和Klebsiella pneumoniae。”从粪便样本分离出的细菌16S rRNA测序证实，R. intestinalis和K. pneumoniae存在于APS患者中。

R. intestinalis和K. pneumoniae是厌氧菌，使它们本来就很难培养。在耶鲁大学Andrew Goodman的帮助下， Kriegel的团队开发了一个厌氧室系统，具有大气控制，可在实验室不戴手套进行处理。因此，Ruff能够培养这些难培养的微生物，并分离可能模仿β2GP-1结构域1的蛋白质。他目前正在用APS患者的血样和粪便样本测试，宿主抗体是否可结合这些细菌蛋白。

为了揭开针对这些蛋白质模拟的自身抗体制备机制，研究人员决定研究APS患者的T细胞。他们开始收集关于“T细胞受体结合的显性抗原表位”的信息。Kriegel说：“这不是一项容易的任务。”

据Ruff介绍，关键是挑出抗原特异性单细胞并确定其免疫学特征。在前期工作的基础上，该小组正在开发一种功能性的四聚物——一种构造，包括多个可以结合特定抗原的分子，可结合APS患者的一个显性抗原。Ruff说：“我们已经很接近，但验证研究正在进行中。”开发这种四聚物，将让该研究小组识别APS患者样本中特定于R. intestinalis和K. pneumoniae的T细胞，并首次提供机械证据表明，共生细菌的分子模拟可以导致APS发展。

Silverman说：“能有这样一种明确的范式，和研究一种相对简单的分子机制，不仅对于患者，而且对于一般的领域，都是非常有价值的。”

除了揭露负责交叉反应的机制之外，该研究小组也关注“宿主遗传学如何可以影响我们肠道内的微生物生态位”。 Kriegel说：“在一个重要的基因（称为PTPN22）中，有某一个自身免疫性疾病的单核苷酸多态性（SNP）。在携带这个SNP的受试者中，某些Clostridium物种被耗尽。这项研究正在演变！但是，我们也很兴奋的是，这种自身免疫SNP可以改变菌群以及免疫功能。”

该研究团队同时也在关注饮食——特别是逃避消化的抗性淀粉，对减少耐受性破坏的影响。他们认为，改变饮食可能会限制APS小鼠肠道中看到的炎症。抗性淀粉可增加短链脂肪酸，其具有抗炎特性，所以Kriegel的团队计划评估不同淀粉含量的饮食对疾病预后的影响。

除了肠道，细菌存在于人体的每一个处表面，都可能通过分子模拟引起耐受破坏。Ruff指出：“我们相信，所有这些生境都在免疫调节中发挥作用。”