共生菌，助消化

很久以前，科学家就发现肠道内的微生物可以帮助寄主消化食物。这些细菌含有一些寄主动物没有的酶，可以分解特殊的糖类。有实验表明，在无菌情况下长大的大鼠，必须额外摄入30%的热量才能维持体重[1]。2010年，《自然》杂志发表的一篇论文表明，很多日本人的肠道细菌从海洋微生物中获得了一种特殊的消化酶，因而他们可以消化海苔当中的一些糖类。由于日本人很喜欢吃含有海苔的食物（比如寿司），所以肠道细菌的这种改变对他们来说很有意义[2]。

肠道细菌，还能“遥控”呼吸道免疫

肠道里的共生菌还可以调节肠道的免疫功能。它们可以调控免疫细胞的活性[3]，还能刺激肠粘膜上的淋巴组织的发育[4] 。在无菌环境里生长的实验室小鼠不具备共生菌，因此它们的免疫系统在不同部分都有各种缺陷，如果让这些小鼠获得共生菌，许多免疫缺陷也会随着菌落在小鼠体内的建立而慢慢消失。

不过让人惊讶的是，美国耶鲁大学和日本九州大学的科学家今年3月发现，肠道内的共生菌竟然还可以影响肺部的免疫能力，帮助人类免受呼吸道病毒的侵害。我们知道，消化系统和呼吸系统是截然不同的两个系统，那么，肠道内的这些细菌变了什么样的戏法，才能调控遥远的肺部的免疫呢？

研究者们首先调查的是，改变体内的共生菌会对抵御流感的免疫力产生什么样的影响。众所周知，抗生素能够损害许多细菌的“菌体健康”，服用抗生素也是治疗不少疾病和创伤时的惯用疗法之一。可是，抗生素同时也会影响到我们体内的共生细菌。这些研究者们发现，当实验室里的小鼠口服抗生素4周之后，它们肠道内的共生菌不但数量降低到原来的1/6-1/5，菌种组成也产生了巨大的改变——在服用抗生素之前几乎全部是“革兰氏阳性”细菌，服药后却有一半的共生菌群为革兰氏阴性的细菌所占据。当科学家们让这些小鼠通过鼻腔感染流感病毒之后，与那些没有服用过抗生素的小鼠相比，这些小鼠展现较弱的免疫机能——血清里针对流感病毒而起的抗体浓度低，免疫细胞数量下降，功能削弱，自然，它们体内流感病毒的数量也远高于没有服用抗生素的小鼠。

看起来小鼠体内的共生菌对于抵抗流感病毒有着相当重要的作用，无论是菌群数量还是菌群组成。使用抗生素之后，小鼠的免疫机制都受到负面影响，让流感病毒有了可乘之机。但除了消化道之外，呼吸道内也有大量细菌存在，仅仅通过第一个实验，并不能说明肠道共生菌对抵御流感有作用。于是科学家们在服用了抗生素的小鼠的鼻腔和大肠两处，分别模拟共生菌对免疫系统进行刺激，进行了“拯救实验”（rescue experiment）。他们发现，不但在鼻腔里“假装成”共生菌来“激励”免疫系统可以拯救这些小鼠对抗流感的免疫能力，在大肠里也可以！这就证明远在身体另一端的共生菌，竟能如此神奇地对另一器官里的免疫机能起到促进作用。

小鼠体内的共生菌有许多种，究竟是哪些菌类起到这样的作用呢？最初科学家们给小鼠服用的抗生素相当广谱——包含了青霉素、甲硝哒唑、新霉素和万古霉素四种药物，为了区别不同的菌类，科学家们给小鼠服用单种抗生素，结果发现当他们给小鼠单独服用青霉素、甲硝哒唑和万古霉素时，小鼠针对流感病毒的免疫能力都没有受到影响，只有服用了新霉素以后的小鼠免疫机能有了显著减弱。虽然科学家们并未发现究竟是哪几种细菌使得小鼠免疫系统面对流感斗志昂扬，但根据这些细菌都对新霉素敏感这一特点，却能指引后来的研究顺藤摸瓜，找到这些“幕后英雄”。

它们是如何影响免疫系统的？

科学家们还仔细研究了这些共生细菌究竟如何促进小鼠的免疫机制对抗流感。他们发现，一种叫做“炎症小体”（inflammasome）的蛋白质复合体起到了关键性的作用。炎症小体含有多种蛋白，是免疫系统的重要成分之一。它一旦被激活，可以引发瀑布般的多步下游反应，最终激发体内与炎症以及抵御感染相关的各种重要免疫机制。那些服用了抗生素、共生菌落发生改变的小鼠在被病毒入侵之后，体内的炎症小体不能被很好地激活，于是它们的免疫系统也不能开启足够的下游应对反应，最终的结果是一种重要的免疫细胞——树突细胞——不能迅速有效地奔赴呼吸道，也就无法在重要阵地上大显身手，与流感病毒展开生死较量。

很多科学家们认为这项研究相当有趣，并且有着重要的意义：虽然人类已经越来越清楚地认识到共生菌的重要性，尤其是它们与免疫系统之间错综复杂的关系与精妙的平衡，但将这一认识推行到消化道之外的地方，这还是第一次。它让我们意识到，也许肠道细菌的作用，并不仅仅限于肠道。有的科学家认为，在漫长的岁月里，共生细菌与我们的机体共同变化、适应自然，它们的进化与我们的进化交缠在一起，彼此促进，相互磨合，唇齿相依。如果真是如此，那肠道里的细菌能帮助我们对抗消化道里的入侵者，也就不奇怪了。

不过，对于有的科学家来说，这项实验则暗示我们“服抗生素要小心”。宾州大学的免疫学家David Artis在接受《自然》杂志采访时就评论说：“如果某种抗生素能影响到我们对病毒的免疫反应，那人们服用抗生素就得小心了，最好只在必要的时候才服用——尤其在流感季节。”当然，也有人认为只根据一项研究就做出这种结论过于匆忙，这篇文章的主要作者之一Iwasaki就谨慎地指出：“我们对哪些细菌能激发哪些免疫机制还所知甚少，现在做出健康相关的建议实在是太早了。”

不论如何，可以预见的是，这项有趣的研究将会激励更多科学工作者，去进一步探索我们体内那些多如繁星的小生命，究竟和我们的身体有着怎样的联系。

参考文献：

[1] Sears CL. A dynamic partnership: celebrating our gut flora. Anaerobe. 2005 11:247-251.

[2] Hehemann JH Correc G Barbeyron T Helbert W Czjzek M Michel G. Transfer of carbohydrate-active enzymes from marine bacteria to Japanese gut microbiota. Nature. 2010 464:908-912.

[3] Atarashi K Tanoue T Shima T et al. Induction of colonic regulatory T cells by indigenous Clostridium species. Science. 331:337-341.

[4] Guarner F Malagelada JR Gut flora in health and disease. Lancet. 2003 361:512-519.