“腸·道”是由熱心腸研究院錄製的類TED演講節目，本文為第九期演講嘉賓趙文婧教授的演講內容，視頻請觀看：
引言：關於宿主與菌群的複雜關係的認知，如何從二元走向三角甚至四角？
講者介紹：
趙文婧 中山大學醫學院教授；中山大學附屬第六醫院雙聘教授；熱心腸智庫專家
博士，教授，博士生導師，中山大學“百人計劃”中青年傑出人才。長期致力於研究病原菌、宿主天然菌群、宿主之間的互作關係，首次揭示了腸道病原菌模式生物霍亂弧菌在動物體內通過六型分泌系統（T6SS） 殺滅腸道天然菌群的現象，為研究病原菌與菌群互作開闢了新的視角。主要成果發表在Infection and Immunity, BMC Microbiology, Applied and Environmental Microbiology,以及 Science等主流學術刊物上，並被多家媒體廣泛報道。瞭解更多：
圖文實錄：
大家好，我是趙文婧，來自於中山大學醫學院。
自從十多年前，我開始接觸科研，就跟細菌打交道。從一開始的腸道病原菌、益生菌，到後來的腸道菌群。
所以今天，我想以一個病原生物學領域科研工作者的身份，跟大家分享一點我這些年的科研所得。
我上大學那會兒呢，主要就是按照這個邏輯來學習微生物學和免疫學這兩大學科的。
在微生物學這個學科當中，主要是通過介紹經典的病原微生物以及它們的致病機制來學習的，同時也包括了機會性致病菌；免疫學是介紹了宿主免疫的發育過程，以及應對病原微生物宿主的先天免疫和後天免疫是如何應答的。
這張密密麻麻的 Slide（幻燈片）到底顯示了些什麼呢？
它是介紹了腸道病原菌的一些毒力因子，而這些毒力因子如果丟失的話，病原菌就沒有辦法幹壞事了。在這其中主要是有兩類，一類是黏附素，一類是外毒素。
在實驗室當中，如果我們利用基因敲除的手段將編碼這些毒力因子的基因敲除掉，致病菌就沒有辦法導致宿主產生疾病。所以呢，當我們研究一個潛在的致病菌或有害菌的時候，我們基本上會問兩個非常基本的問題。
第一個問題就是，這個細菌是否需要在腸道當中定植？如果需要定植，方式又是怎樣的？需要藉助哪些毒力因子幫助它定植？
第二個非常基本的問題就是，它會分泌哪些毒素？包括外毒素或內毒素等等。
隨著測序技術的革新和進步，近二十年來，微生物組學科也逐步發展和壯大起來了，我們對於人體微生物組也有了更加深入和廣泛的認識。
人體微生物組主要指的就是和我們人體共生的微生物，包括細菌、真菌、病毒甚至是古菌等。人體微生物群Microbiota現在被認為是人體的一大器官，人體微生物組Microbiome是被認為是人體的第二大基因組。
所以，這些微生物都在不同的層次上與我們人這個機體相互作用，維繫著身體健康。
所以兩角戲勢必發展成了三角戲——宿主免疫、有害菌以及人體的共生菌群。
隨著研究的廣泛和深入，我們發現，共生菌並不是每時每刻都是對我們機體有益的，有些時候，這些共生菌會促進疾病甚至是導致疾病。我們把這類共生菌叫作Pathobionts（致病共棲菌）或者是有害共棲菌，這個顧名思義嘛，它就是具有致病潛能的共生菌。
正常情況下，它跟我們的機體互利共贏、和平相處。但是一旦機體發生變化，比如說，我們的基因有了突變或者是這些細菌生活生長的環境發生了改變，這些共生菌就會幹壞事。
那大家可能會說：咦，這個跟機會致病菌是不是很相近？
實際上呢，有害共棲菌是導致長期感染、慢性炎症的原因；機會致病菌主要是引起一個急性感染的。2017年的時候，楊瑞馥老師與畢玉晶老師撰文專門解釋和介紹過這個概念。
有害共棲菌這個概念對於我這麼一個病原生物學研究出身的人來說是非常有意義的，因為我可以藉助我之前研究經典病原菌的方法、思路和技術去研究現在的有害共棲菌或共生菌。
有害共生菌或共棲菌又是利用哪些毒力因子去作用於宿主呢？我給大家介紹兩三個例子。
具核梭桿菌可以分泌黏附素，黏附素是這個有害菌的一大毒力因子，然後這樣後，它可以吸附在宿主細胞表面；同時具核梭桿菌又可以分泌內毒素和外膜蛋白，它們都可以作用於機體的上皮和免疫細胞，抑制免疫反應，促進疾病的發生和發展。
第二個例子是腸產毒性脆弱擬桿菌，它是可以粘附在宿主細胞表面，並與其它的細菌一起形成生物被膜；同時它可以分泌叫Fragilysin的一個外毒素，這個毒素可以促進活性氧分子在宿主細胞當中的聚集，促進宿主的DNA突變，進一步導致腫瘤的發生和發展。
還有一個就是產pks毒素的大腸桿菌，它可以分泌外毒素pks毒素，作用於宿主的免疫細胞，降低它的修復能力，促進細胞的增殖，最終導致了Tumor（腫瘤）的產生和發展。
上面這些例子都是有害菌和有害共棲菌如何利用這些比較經典的毒力因子去作用於宿主細胞的。
那我們現在換一個角度，在這個多角戲當中，無論是經典的病原菌，還是機會性致病菌或有害共棲菌，進入腸道面臨的第一大問題就是，這些有害菌是如何與這些共生菌相互作用的？這是個永遠繞不開的問題。
菌菌互作的方式簡單來說，按照接觸與否分為接觸依賴的作用方式和非接觸依賴的作用方式。
對於接觸依賴又有兩種比較主要的方式，一種是叫作接觸依賴抑制，還有一個是VI 型分泌系統。
這兩個作用方式的共同點就是攻擊細菌可以將毒素分泌到或者是靶向運輸到靶細菌當中，導致靶細菌的生長抑制或者是死亡。
但是由於這兩種作用方式攻擊細菌，它自身都會產生免疫蛋白，可以用免疫蛋白來拮抗這些毒素，使自己免於受到傷害。
這張圖顯示的是在顯微鏡下攻擊細菌如何利用VI 型分泌系統來攻擊靶細菌的。
綠色的是攻擊細菌，紅色的是靶細菌，VI 型分泌細菌的殺菌能力是非常高效的，在一個小時之內靶細菌的數量可以降低4-5個數量級。
後續我們實驗室就是探究發現病原菌可以利用VI 型分泌系統去殺傷宿主的共生菌群，然後這個殺傷作用可以促進病原菌的定植和毒力的表達，這個殺傷作用同時也會誘導微環境下的宿主先天性免疫反應，促進更加嚴重的疾病反應。
上面我們講的是經典的病原菌利用接觸依賴的方式來殺傷天然菌群。
那我們非常關心的就是在天然菌群當中這些接觸的方式，比如說VI 型分泌系統是否發揮著什麼作用呢？
我們都知道，擬桿菌屬在我們成人的腸道菌群當中佔到了20-80%不等，那VI 型分泌系統和一種抗菌肽的分泌實際上是調控了擬桿菌屬種間、種內組成成分和數量的兩種非常重要的方式。
上面介紹的是接觸依賴作用方式的菌菌互作方式，那下面我們簡要地介紹一下非接觸依賴的方式。
比如，主要是通過分泌一些細菌素或者是信號分子，再或者是代謝產物來抑制有害菌的定植、毒力基因的表達等等。
同時腸道當中微生物與微生物之間的作用方式是多種多樣、非常複雜的。
這兩個圖中，主要講的是前一段時間段屹博士和他們的課題組用噬菌體靶向殺滅分泌Cytolysin的Enterococcus這個細菌。
同時石博士（石振達博士 ）團隊也發現，SFB細菌通過不同的大概有三種作用方式可以降低病毒的侵襲力，保護了宿主。
上面我講的這些例子呢，其實都主要是微生物和微生物之間的相互關係。這些研究成果其實足以證明，單純的微生物和微生物之間的作用關係意義就非常重大了，它們可以直接促進或者是抑制疾病的發生和發展。
那其實還有一個非常重要的領域是，這些共生菌是如何跟宿主相互溝通、相互作用的？
其實一般情況下呢，共生菌是有益的，它們起到了教育或者是培訓宿主免疫系統的一個作用，今天我們不過多地來闡述這方面的研究。
大部分情況下，我們看到的是圖上這種三角的互作關係，但是隨著研究的深入和廣泛，很多時候它涉及到更復雜的一個作用體系。
現在呢，我想簡單地介紹一下我們近期的一個成果，其實涉及到了一個四角戲，即一個共生菌、兩個宿主同時還有有害菌。
首先，先跟大家介紹一下我們研究的背景。
我們知道新生兒的免疫系統是非常脆弱的，主要是由於他自己在出生之後的幾個星期之內呢，沒有辦法自己產生自源性的、豐富的抗體，同時他的菌群多樣性非常的低。所以這也就導致他的免疫系統很脆弱，很容易受到外來病原微生物的侵襲。
在新生兒出生之際，其實母體通過胎盤傳遞和母乳傳遞已經將母源性抗體傳遞給了新生兒，所以這些母源性抗體成為他體內的第一道防線之一。
之前的這些研究主要都集中在Secreted（分泌型） IgA，在對病原微生物的抵抗作用上對於母源性的IgG的探討是比較少的。
同時，我們之前大部分的研究都集中在母體接受了疫苗之後，新生兒接受的這種特異性被動免疫的基礎上，而由母體天然菌群誘導的天然抗體是如何保護新生兒的這個領域被涉及得很少，被研究得很少。
所以基於這個背景下呢，我們就提出了我們的科學問題：通過母體天然菌群誘導的母體天然抗體群通過胎盤傳遞或者母乳傳遞給了新生兒之後，這些母源性抗體在新生兒體內是否可以保護新生兒免於病原微生物的感染呢？
這是我們提出的科學問題。
我們構建了兩組老鼠。
一組老鼠是母體可以產生自源性抗體，那它Delivered（生育）的小老鼠就可以攜帶母源性抗體；另外一組小鼠，母體母鼠有B細胞缺陷，它沒有辦法分泌自己的自源性抗體，所以它的新生兒是沒有接受到這個母源性抗體的。
我們發現母源性抗體可以很大程度上保護新生兒免於病原菌的感染，提高了它們的生存率。
進一步的研究發現，在這些母源性抗體當中，不是我們經常談到的Secreted IgA（分泌型IgA），主要是IgG發揮了這個保護作用，這個是比較驚喜的一點。
同時，作為微生物學出身，我們非常關心是哪些共生菌誘導產生的這些母源性抗體，傳遞給新生鼠起到了這個保護作用呢？
我們通過分析，然後篩選並分離出來了一些細菌，然後最終通過實驗驗證表明，是一個叫做Pantoea1的這個菌株和特定的病原體有交叉免疫原性，所以我們就Locate（定位）到這個細菌了。
我們將這個細菌製成疫苗並打給無菌母鼠，然後這個無菌母鼠就會產生針對Pantoea1這種菌株的抗體。它傳遞給新生鼠之後，我們驚喜地發現，由共生菌產生的抗體可以保護新生小鼠免於另外一種細菌的感染。
我們最終也鑑定出來，由於這個Pantoea1和特定性的病原菌存在一個蛋白質上的交叉的免疫原性，鑑定出來這個Epitope（表位）。
所以簡單總結一下，這個研究就是母鼠當中的天然菌群誘導了一系列的母體天然抗體。
（母體天然抗體）通過胎盤和母乳傳遞給新生鼠之後，新生鼠在接受外來的另外一種細菌感染的情況下，由於它存在一個具有交叉免疫原性的抗體，可以保護新生鼠免於這個病原菌的感染。
我們認為這個研究的主要意義在於以下幾點：
第一點其實就是在分子機制上證明了一個多樣性豐富的母體菌群對於下一代新生兒是多麼的重要，因為你可能產生更加豐富的抗體組直接傳遞給新生兒。所以這也提出了科學減抗、替抗的必要性，尤其是在保護母體腸道菌群這個角度上。
第二個意義呢，我們認為就是干預母體菌群是一種比干預新生兒菌群更安全的方式。我們可以通過干預母體菌群間接地影響新生兒免疫系統的能力，尤其是對抗外來病原微生物的干擾的能力。
我上面講的所有這些主要就是講了腸道叢林當中的各種法則，各個方跟其它方的一個互作機制。
當然呢，我們絕對不僅僅地停留在機制的研究上，我們想要的更多。我們希望通過機制的研究使得我們更好地利用這些機制，提高靶向干預的基礎。
所以闡明機制只是一個開始，我們好戲在後面。
最後呢，我想感謝我的導師和我的合作者，還有我的這個團隊，沒有他們，我們現在所做的這些都是不可能的。
我們目前這個課題組也是利用跟醫院緊密地合作，利用豐富的病人樣本，繼續探究腸道微生態與重大疾病的機制的研究，期待為靶向干預提供靶點以及技術支持。
最後，我想感謝兩個巨人。
一個巨人是國內外奮鬥在腸道微生態研究的第一線的科研工作者們。我們目前所學所得或者是即將進行的研究都是在他們這些基礎上開展起來的，沒有他們就沒有我們下面的這些研究。
同時，另一個我要感謝的巨人就是研究植物微生態、動物微生態、海洋動物微生態、昆蟲和鳥類微生態的這些同行們。他們的這些微生態的研究給予我們人體微生態的研究很多幫助，提供了非常大的借鑑和指導的意義。
所以，我希望在這個荊棘密佈的腸道叢林當中與這些巨人同行，共同探究腸道微生態與人類疾病健康的互作機制，然後，我也希望為維繫我們人類健康做一點事情。
最後，謝謝大家！
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