空庭得秋長漫漫,寒露入暮愁衣單。
喧喧人語已成市,白日未到扶桑間。
——《八月十九日試院夢沖卿》宋 · 王安石
寒露,是秋季的第五個節(jié)氣。民間有“露水先白而后寒”之說,標志著氣候從涼爽向寒冷的過渡。正如寒露時節(jié)自然界的微妙變化預(yù)示著更深層次的季節(jié)更替,我們身體內(nèi)部的微觀世界同樣存在著精密的動態(tài)平衡。
本次的節(jié)氣科普,帶大家一起了解微生物與人體之間雙向互作的秘密。
我們的身體內(nèi)棲息著上萬億個細菌、真菌和病毒,它們并非 “外來者”,而是與我們朝夕相處的伙伴,幫我們消化食物、調(diào)節(jié)免疫,甚至影響情緒和健康。
你是否好奇,人體與這些微小生命之間如何交流?它們?nèi)绾胃兄覀兊纳頎顟B(tài)?而我們是否也能干預(yù)它們的行為?
微生物與人體細胞的互作實際上是雙向、動態(tài)的分子信息交換過程,即分子介導(dǎo)的雙向互作。具體而言,微生物來源的分子可作用于人體以觸發(fā)宿主響應(yīng);反之,人體分泌的激素、細胞因子等物質(zhì)也能調(diào)控微生物的表型。
微生物代謝物觸發(fā)人體細胞響應(yīng)
表:分子介導(dǎo)的微生物與人體細胞相互作用總結(jié)
(圖源:npj Biofilms Microbiomes 11, 38 (2025))
短鏈脂肪酸 (SCFAs)
由腸道菌群發(fā)酵膳食纖維產(chǎn)生的SCFAs(如乙酸、丙酸、丁酸)會通過感應(yīng)腸道和其他器官及組織、腸神經(jīng)元和免疫細胞上的G蛋白偶聯(lián)受體(GPCRs)而發(fā)揮作用,其中GPCR43/41受體介導(dǎo)能量代謝調(diào)節(jié),GPCR109A受體參與抗炎反應(yīng),Olfr78受體則參與血壓調(diào)控。
膽汁酸 (BAs)
初級膽汁酸經(jīng)腸道微生物轉(zhuǎn)化后通過BAs受體調(diào)控代謝與免疫。例如,通過法尼醇X受體(FXR)抑制膽汁酸合成,通過G蛋白偶聯(lián)膽汁酸受體1(GPBAR1)維持代謝穩(wěn)態(tài)和調(diào)節(jié)胰島素分泌。此外,還可間接激活維生素D受體(VDR)、孕烷X受體(PXR)、維A酸相關(guān)孤核受體γT(RORγt)等受體調(diào)節(jié)細胞分化與炎癥反應(yīng)。
色氨酸代謝物
微生物將色氨酸轉(zhuǎn)化為吲哚及其衍生物和色胺等產(chǎn)物,經(jīng)芳香烴受體(AhR)直接作用于腸上皮細胞和免疫細胞,調(diào)節(jié)腸內(nèi)分泌系統(tǒng)、代謝穩(wěn)態(tài)和免疫響應(yīng)。
群體感應(yīng)分子 (QSMs)
微生物通過QSMs實現(xiàn)群體協(xié)同(如毒力因子表達和生物膜形成等),同時可被人體細胞識別。例如,銅綠假單胞菌產(chǎn)生的酰基高絲氨酸內(nèi)酯(AHLs)可通過PPARβ/δ受體觸發(fā)免疫應(yīng)答,軍團桿菌屬的自誘導(dǎo)物L(fēng)AI-1則通過代謝通路調(diào)節(jié)細胞遷移,參與感染過程中的組織浸潤。
人體信號分子調(diào)控微生物
激素?01
人體不同器官產(chǎn)生的激素對微生物表型產(chǎn)生的影響各不相同。例如,兒茶酚胺(腎上腺素、去甲腎上腺素和多巴胺)可通過大腸桿菌QseC受體激活群體感應(yīng),影響細菌運動與毒力;阿片類激素(強啡肽)可整合入銅綠假單胞菌QS通路,增強毒力基因表達;利鈉激素(腦利鈉肽BNP和C型利鈉肽CNP)則可以增加銅綠假單胞菌和熒光假單胞菌的細胞毒性并修飾脂多糖。
圖:來自不同器官的激素對微生物表型的不同影響
(圖源:npj Biofilms Microbiomes?11, 38 (2025))
細胞因子?02
來自免疫細胞的細胞因子通過靶向微生物受體發(fā)揮抗菌作用,但部分病原體的毒力和生長也可能被細胞因子激活。例如,IFN-γ(干擾素-γ)能夠抑制幽門螺桿菌的生長,但TNF-α(腫瘤壞死因子-α)能夠增強大腸桿菌和沙門氏菌的侵襲能力,IL-1β(白細胞介素-1β)可促進金黃色葡萄球菌和伴放線放線桿菌的生物膜形成與毒力分泌。
圖:來自不同人體細胞的細胞因子對微生物的影響
(圖源:npj Biofilms Microbiomes?11, 38 (2025))
代謝中間物?03
人體來源的部分代謝物不僅作為營養(yǎng)中間體,還可作為信號分子調(diào)控微生物。例如,三羧酸循環(huán)成分(衣康酸、L-蘋果酸、琥珀酸)中的衣康酸是髓系細胞感染時的主要代謝物,該物質(zhì)可以抑制金黃色葡萄球菌醛縮酶活性阻斷糖酵解,限制其生長;大腸桿菌和鼠傷寒沙門氏菌則可以通過雙組分系統(tǒng)DcuS/DcuR感知L-蘋果酸,激活毒力調(diào)控因子而增強腸道定植,鼠傷寒沙門氏菌還可利用巨噬細胞內(nèi)的琥珀酸,通過PmrAB-SPI-2通路激活生存機制。
圖:人體細胞的多種循環(huán)代謝物對微生物的影響
(圖源:npj Biofilms Microbiomes?11, 38 (2025))
微生物與人體之間的“分子對話”是億萬年共進化形成的精密通信系統(tǒng)。
每一次“分子-受體”的識別與結(jié)合,都是共生關(guān)系的體現(xiàn)。維護體內(nèi)萬億微生物伙伴的通信網(wǎng)絡(luò),就是守護我們自身的健康。
漢寧“二十四節(jié)氣”科普是漢寧化學(xué)推出的關(guān)于微生物的科普欄目。我們將以中國傳統(tǒng)的二十四節(jié)氣為時間線,定期推出微生物相關(guān)主題的科普短文。“四季有序,萬物有時”,讓我們“寄知識于時節(jié)”,一起探索微生物世界:漢寧與您應(yīng)時相約、不見不散!