哺乳動(dòng)物宿主與其腸道微生物群（小腸和大腸中的微生物群落）之間,，存在復(fù)雜的相互作用,，影響宿主的健康和疾病易感性。在研究驅(qū)動(dòng)這種相互作用的機(jī)制時(shí),，一個(gè)主要挑戰(zhàn)是微生物群中的物種具有高度多樣性，導(dǎo)致每個(gè)個(gè)體的腸道微生物群是獨(dú)一無(wú)二的[1],，就像指紋一樣,。人們?cè)絹碓秸J(rèn)識(shí)到,，腸道微生物群與產(chǎn)生對(duì)致病微生物（病原體）腸道定植的抗性有關(guān)。然而,，許多關(guān)于這種現(xiàn)象的研究在很大程度上是描述性的,，并且往往只將特定的微生物群成分與健康或疾病聯(lián)系起來[2]。Stacy等人[3]在《細(xì)胞》上發(fā)表論文,，提出了一個(gè)詳細(xì)的機(jī)制,，揭示了微生物群的變化如何驅(qū)動(dòng)對(duì)抗病原體入侵的抵抗力。

一般認(rèn)為微生物群可以阻礙腸道病原體的定植[4],，若干證據(jù)支持腸道微生物群在限制病原體生長(zhǎng)方面可以發(fā)揮作用的觀點(diǎn),。例如，人體長(zhǎng)期和/或大量地使用抗生素會(huì)促使艱難梭菌（Clostridium difficile）增多[5],，這種細(xì)菌會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的腹瀉和結(jié)腸炎癥,，造成較高的疾病和死亡風(fēng)險(xiǎn)。微生物群中物種多樣性的復(fù)雜性較低,，是常見于工業(yè)化國(guó)家居民中的一種特征,，它與對(duì)傳染病的易感性增強(qiáng)有關(guān)[6]。此外,，那些使用抗生素治療或在無(wú)菌條件下飼養(yǎng),，從而缺乏微生物群的小鼠比具有正常微生物群[7]的小鼠更容易受到腸道病原體的影響。

反之,，某些微生物群可能促進(jìn)病原體生長(zhǎng)或感染性增強(qiáng),。例如，不同的小鼠微生物群決定了小鼠對(duì)病原體鼠類檸檬酸桿菌（Citrobacter rodentium）的易感性,，這種細(xì)菌會(huì)導(dǎo)致一種被稱為增生的結(jié)腸異常生長(zhǎng)情況[8],。將易感小鼠的微生物群移植到非易感小鼠體內(nèi)，會(huì)誘發(fā)后者對(duì)鼠類檸檬酸桿菌感染的易感性,，反之則可以產(chǎn)生對(duì)感染的抗性[8],。流行病學(xué)證據(jù)表明，瑞典人對(duì)食源性病原體空腸彎曲菌（Campylobacter jejuni）感染的易感性取決于其微生物群的物種組成[9],。報(bào)告還強(qiáng)調(diào)了某些腸道病原體,，如沙門氏菌（Salmonella enterica）和鼠類檸檬酸桿菌，如何利用宿主-微生物群線索來精確調(diào)節(jié)它們的新陳代謝,，并通過呼吸過程調(diào)節(jié)能量生產(chǎn),。通過感知和響應(yīng)這些線索，病原體還可以增加或減少其毒性成分的表達(dá),，病原體即利用這些成分在宿主體內(nèi)定植[10-12],。

有些精彩的研究開始研究微生物群在感染中的作用。這類工作不僅僅是記錄感染與物種的存在或缺失之間的相關(guān)性，或物種構(gòu)成的差異,，還開始闡明微生物群的特定成分產(chǎn)生感染抗性或幫助入侵病原體的機(jī)制,。

Stacy及其同事報(bào)告稱，小鼠在感染腸道病原體肺炎克雷伯菌（Klebsiella pneumoniae）后,，后續(xù)抵抗這種細(xì)菌感染的能力增強(qiáng)了（圖1）,。為了嘗試?yán)斫馄渲械穆窂剑髡叻治隽宋⑸顳NA,，評(píng)估了感染后微生物群和原生微生物群（以前未接觸過細(xì)菌的微生物）的宏基因組（在群落中檢測(cè)到的所有微生物基因）,，以確定微生物可能如何促進(jìn)定植抗性。研究小組發(fā)現(xiàn),，編碼含硫分子（包括?；撬幔?/span>代謝所需的蛋白質(zhì)的基因，在感染后微生物群中比在原生微生物群中更加豐富,。 

圖 1 | 腸道感染如何產(chǎn)生能提高機(jī)體抗感染能力的變化,。Stacy等人[3]報(bào)告了小鼠感染肺炎克雷伯菌等有害細(xì)菌會(huì)如何影響腸道常駐細(xì)菌。a. 因?yàn)榧?xì)胞色素氧化酶,，肺炎克雷伯菌可以在哺乳動(dòng)物腸道的內(nèi)腔中生長(zhǎng)并造成感染,，這種酶使肺炎克雷伯菌能夠利用宿主腸道中的氧氣通過有氧呼吸產(chǎn)生能量。b. 感染肺炎克雷伯菌后,，腸道中的?；撬崴缴仙Ｅ,；撬崾怯赡懼岬男玛惔x產(chǎn)生的,，膽汁酸從肝臟分泌到腸道中。Stacy及其同事提出基因證據(jù)表明,，感染后,，能夠利用牛磺酸的常駐細(xì)菌在腸道中變得更加常見,。細(xì)菌代謝?；撬釙r(shí)，會(huì)產(chǎn)生硫化氫氣體,。c. 硫化氫抑制有氧呼吸,，從而可以阻斷有害細(xì)菌的生長(zhǎng)。

膽汁酸在肝臟中產(chǎn)生,，儲(chǔ)存在膽囊里,，是腸道內(nèi)牛磺酸的主要來源,。它們分泌到腸道,，幫助消化高脂肪食物和油。微生物群的特定成員分解膽汁酸，釋放?；撬?，牛磺酸可以作為其他腸道細(xì)菌的能量來源,。在細(xì)菌代謝途徑中使用牛磺酸會(huì)生成副產(chǎn)品硫化氫,。高濃度的硫化氫可以抑制細(xì)胞色素氧化酶的活性,，細(xì)胞色素氧化酶能催化氧依賴性（有氧）呼吸過程中發(fā)生的反應(yīng)。

入侵的腸道病原體通常利用宿主產(chǎn)生的氧氣,，通過有氧呼吸獲得能量,，促進(jìn)在宿主體內(nèi)定植[13]。Stacy及其同事報(bào)告了感染后微生物群?；撬峤閷?dǎo)的硫化物分子（包括硫化氫）的產(chǎn)生,，及其與病原體呼吸的伴隨抑制之間的關(guān)聯(lián)，后者最終可能抑制病原體的感染,。作者證明了肺炎克雷伯菌和鼠類檸檬酸桿菌的這種效應(yīng),，表明感染后微生物群提供了廣泛的保護(hù)力，防止入侵者,。值得注意的是,，Stacy等人報(bào)告稱，在小鼠的飲水中添加?；撬釋?dǎo)致了類似的效果,。牛磺酸是能量飲料的常見成分,，發(fā)現(xiàn)其在腸道中的這種作用值得深思,。更深入地了解這種機(jī)制，或可以打開精確操控微生物群以對(duì)抗某些傳染病的大門,。

這些結(jié)果表明,，通過膳食補(bǔ)充某些代謝物，如?；撬?，或可以重編程微生物群的“元代謝”，提高對(duì)病原體的抵抗力,。這和其他定義了微生物群影響腸道病原體新陳代謝,、呼吸和毒性之機(jī)制的研究，表明宿主-微生物群-病原體互作領(lǐng)域向前邁進(jìn)了關(guān)鍵一步,。