肠道菌群暗藏“二维码”？APOL分子让你无可遁形

提及细菌，人们往往将它视作致病威胁。实际上，酸奶中含有的乳酸菌也是细菌的一种——属于益生菌。不过，这种益生菌只是微生物群落的冰山一角。例如，在你的肠道中，就生活着数以万亿计的微生物，总重量相当于1.5个成年人类的大脑，它们共同构成了一个复杂而精密的“微生物王国”。那么，我们人类是如何管理这些细菌使其对身体有益的呢？

我们团队（中国科学院上海营养与健康研究所钱友存团队）与中国科学院分子细胞科学卓越创新中心宋昕阳团队合作，对机体精准调控菌群的途径展开研究，相关成果于2025年5月发表在《自然》杂志。我们发现，小鼠肠道上皮细胞会分泌一种“智能识别器”——APOL9蛋白，人体内具有相同功能的则为APOL2蛋白。这种蛋白能够精准识别人体和哺乳动物肠道中的一类拟杆菌目细菌细胞膜上的特殊脂质“标记”，诱导外膜囊泡的产生，进而促进激活肠道免疫系统，增强对病原菌的抵抗能力

图片来源：veer图库

肠道中三种菌群，上演“三国”间的制约与失衡

从婴儿呱呱坠地，第一次接触外界环境的那一刻起，一场看不见的“战争”就在其肠道内悄然打响。经过激烈“交锋”，最终会形成相对稳定的“三国格局”——有益菌、中性菌和有害菌三大阵营，共同构建一个微缩版的“微生物社会”。

肠道菌群的“通俗”分类

（图片来源：作者）

然而，现代生活中的部分行为或症结正在打破这种微妙的平衡：抗生素滥用如同“无差别轰炸”，可能误伤有益菌；高脂高糖饮食相当于给有害菌“输送粮草”，助其生长；慢性压力则会削弱“守军”，导致分泌型免疫球蛋白A分泌减少。

每天，这些占据我们肠道的微生物都在上演着独特的“三国故事”，但面对偶尔失衡的局面，我们人类就需要掌握调控这些微生物的“遥控器”，才能确保身体机能的稳健。

防御系统就位，能否精准识别有害菌？

在复杂的肠道微环境中，没有任何细菌能孤立生存，它们既相互合作、相互制约，也通过精妙的“化学语言”与机体持续交流。这些微小的居民会分泌多种代谢产物：短链脂肪酸（如丁酸、丙酸）充当“能量货币”，神经递质（如5-羟色胺、γ-氨基丁酸）构成“情绪信号”，甚至特殊脂质分子还能模拟机体的内源性激素。这种对话频繁上演，以至于肠道被称为人体以及哺乳动物的“第二大脑”。

面对微生物的“化学攻势”，机体进化出了精妙的防御体系。肠道上皮细胞构筑起“生物长城”，不仅包含物理屏障——由紧密连接的蛋白构成“砖墙”和黏液层组成“护城河”，还配备了多种“生化武器”，如防御素、溶菌酶和分泌性的免疫球蛋白。

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然而，在种类繁多、数以万亿的微生物面前，这些已知的防御手段显得有些捉襟见肘。现代微生物组学研究揭示，肠道菌群已分化出十多个门类，包括厚壁菌门、拟杆菌门等主要“王国”，其下又细分为1000多个“部落”。科学家通过16S核糖体RNA（16S rRNA）基因测序等技术，已能为这些微生物绘制详尽的“族谱”，但肠道是否也能像科研人员那样为这些细菌贴上身份标签，实现个体识别和差异化交流？

APOL分子精准“扫描”共生菌“身份码”，刺激免疫

近十年，我们团队一直深耕于肠道免疫领域，最终结合蛋白质组学和16S rRNA基因测序发现了小鼠肠道上皮细胞分泌的APOL9蛋白（在人类中对应APOL2）可以特异识别共生菌。通过识别细胞膜上的特殊脂质“标记”，这种蛋白能够精准识别出一类拟杆菌目细菌，识别过程如同“扫描仪读取条形码”一般。

令人惊奇的是，APOL9并不像传统抗菌肽那样通过穿孔破坏细菌细胞膜、干扰胞内代谢或诱导细胞裂解等方式直接杀菌，而是促使这些细菌释放大量纳米级“信息胶囊”——外膜囊泡（Outer membrane vesicles, OMVs）。这些微型囊泡携带细菌的脂质、蛋白质与核酸等信息，与完整细菌相比更安全，也更容易穿越上皮屏障，激活肠道免疫系统，成为宿主与菌群沟通的桥梁。

简单来说，树突状细胞签收这些纳米囊泡快递后，会激活免疫细胞，推动肠道中一类特殊免疫细胞（CD4+CD8αα+ IEL）的发育。这一系列复杂的分子调控，显著增强了肠道的免疫防御能力。这样一来，在受到沙门氏菌等有害菌感染时，机体就能更快速有效地抵抗这些病原菌来保护自己。

新型载脂蛋白APOL9通过识别拟杆菌目细菌诱导外膜囊泡释放并增强肠道黏膜免疫

（图片来源：作者）

下一阶段，基于发现开发益生菌疗法

通过对APOL分子的研究，我们了解到机体不仅能通过溶菌酶、抗菌肽、补体系统等在内的广谱抗菌机制，有效识别并清除多种潜在致病微生物，从而维持肠道等部位的微生态平衡，还具备精准调控特定菌群的能力，如同一位训练有素的“细菌外交官”。这为我们深入研究宿主如何精细化调控肠道菌群、调节肠道免疫提供了新思路。基于此，有望进一步设计出诱导特定细菌释放OMVs的药物或者是开发携带特殊“脂质标签”的智能益生菌。

APOL分子的发现是研究“宿主——细菌”间精密的相互作用机制的起点。随着未来研究在宿主生物学领域的纵深拓展，包括对宿主免疫调控网络的系统性解析，以及在微生物组学研究层面的技术突破，我们将逐步构建“宿主——微生物”相互作用的全景式认知框架，最终实现对肠道菌群精准调控体系的全面认识，进而开发出靶向特定代谢通路的功能性益生菌疗法。

出品：科普中国

作者：杨涛 胡孝虎（中国科学院上海营养与健康研究所）

监制：中国科普博览