共生細菌的產物可預防宿主腸道發炎性疾病

A microbial symbiosis factor prevents intestinal inflammatory disease

Sarkis K. Mazmanian, June L. Round & Dennis L. Kasper. Nature. 453, 620-625 (29 May 2008)

微生物與免疫學所　碩二　S46964044 陳怡璇

衛生學假說(hygiene hypothesis) 是指在已開發國家中，罹患過敏或是自體免疫疾病的機率常高於開發中國家，在此假說中，認為幼兒時期免疫系統需受到環境中細菌或病原等等的刺激，才能產生適當的regulatory T cell，否則容易有不適當的TH-1 autoimmune disease與TH-2 allergic diseases。Inflammatory bowel diseases；IBD是一種腸道發炎的疾病，除了受基因影響，也可能是由於腸道共生菌不平衡而造成，例如：共生菌變成免疫系統攻擊的目標，或者是抗生素處理之後使正常菌叢數量與種類改變等。共生菌在生理上有許多重要功能，某些研究發現在germ-free狀態下生長的小鼠其gastrointestinal 及 systemic immune response會有缺陷，或對於感染更具感受性¹，所以host-microbe之間的共生與演化對免疫系統的發展應有生理上的重要性，但這些交互作用相當複雜，詳細參與反應的分子和相關機制至今仍不清楚。本篇所研究的是人類腸道共生菌：革蘭氏陰性、厭氧的鬆脆類桿菌(Bacteroides fragilis)與抑制、防止小鼠腸道發炎疾病的相關性。使用標準菌株NCTC 9343，此鬆脆桿菌會產生帶有兩性離子特性(Zwitterionic polysaccharides；ZPSs)的多醣體A( polysaccharides A；PSA)。在CD4⁺CD45Rb T cell transfer的小鼠結腸炎模式中²，加入CD4⁺CD45Rb^high T cell以及Helicobater hepaticusp處理的specific pathogen-free RAG^-/-小鼠會產生結腸炎(colitis)，嚴重程度由pro-inflammatory cytokine產生的量以及結腸炎的標準評分系統判定，當加入野生型的鬆脆桿菌時可以抑制結腸炎的產生，但△PSA mutant的鬆脆類桿菌則沒有保護效果，而加入純化的PSA也可以防止腸道發炎以及pro-inflammatory cytokine的產生。另外，在化學造成結腸炎的trimitrobenzene sulphonic acid (TNBS)-induced colonic inflammation model中，加入純化的PSA可以觀察到IL-10的mRNA level增加，從組織切片也觀察到發炎程度降低：發炎細胞浸潤的情形較少且組織型態完整。在Il10^-/- 小鼠中，加入PSA則無法有保護作用。根據以上實驗，PSA抑制腸道發炎的能力必須透過IL-10這個具有潛力的anti-inflammatory cytokine。這篇文章報告了共生菌所產生的分子可以與宿主的免疫系統交互作用，而抑制不正常的發炎反應。

1.      Mazmanian, S. K., Liu, C. H., Tzianabos, A. O. & Kasper, D. L. An immunomodulatory molecule of symbiotic bacteria directs maturation of the host immune system. Cell 122, 107–118 (2005)

2.      Maloy, K. J. et al. CD4⁺CD25⁺ T_R cells suppress innate immune pathology through cytokine-dependent mechanisms. J. Exp. Med. 197, 111–119 (2003)