肠道是免疫系统训练营,决定了它是变身超级英雄还是流氓恶棍
肠道是数以万亿计微生物的家园,大多数微生物与我们自身的细胞和平共处,帮助我们从食物中获取能量,并提供我们自己无法制造的必需营养物质。肠壁细胞使这些微生物与身体的其它部分分隔开来,就如同我们身体王国的“长城”。在长城内部,强大免疫系统的英雄们守护着我们,保护着我们。但是,免疫系统如何区分我们自己的细胞和肠道微生物呢?又是如何区分有益微生物和致病微生物之间的关系呢?这是一个惊人的故事,充满了秘密。
肠道和微生物是老朋友了
肠道是身体内部的一根长长的管子,从口腔到肛门,包括胃、小肠和大肠等。它们是我们进化过程中最古老的器官之一,是为我们的其余细胞提供食物和水的专家。但是,它们也无法提供我们生存所需的所有营养和能量。在进化的过程中,我们的肠道为微生物提供了一个完美的家:温暖的环境,充足的食物,保护它们不受外部世界的影响。我们也从这些微生物中获益,因为微生物也可以帮助分解食物,并且能够制造一些肠道无法提供的营养物质。肠道和肠道菌群之间的友谊有助于人类保持健康。
免疫细胞:身体的超级英雄
当我们吃喝时,进入肠道的物质可能会带来潜在的敌人,比如致病的细菌和病毒。免疫系统会通过抵抗感染来保护我们免受这些入侵者的伤害。然而,重要的是,免疫细胞不能攻击友好细胞,否则,免疫系统会杀死我们自己的细胞和我们的盟友——肠道菌群。这是它们真正的超级力量,是它们只有通过努力学习和实践才能获得的东西。
免疫系统就像一支由许多专业士兵组成的军队:
第一、我们有一种叫做粒细胞的“战士”,它们是免疫系统的第一道防线。这些细胞是速度最快的战士,用有毒颗粒武装起来攻击具有感染性的入侵者。粒细胞寿命不长,只需要有限的训练,因为它们生来就准备攻击敌人。它们释放的有毒颗粒会攻击周围的一切,所以它们也会损害友好细胞。
第二、我们有一种被称为吞噬细胞的“看门人”,它可以吞噬入侵的生物体。它们也是免疫系统的老师,对于识别微生物是好是坏很重要。一旦它们这样做了,吞噬细胞就会提醒其余的免疫细胞,并教会它们识别有害微生物。
第三、免疫系统大军的将军叫做淋巴细胞。淋巴细胞接受吞噬细胞的训练,记住所有微生物并协调免疫系统的反应。一些淋巴细胞成为识别特定敌人的专家,并帮助加速攻击。其它的淋巴细胞学会识别同伴并发送信息阻止大军的攻击。
多亏了淋巴细胞,免疫系统可以从与感染性入侵者的第一次战斗中学习,并在同样的入侵者第二次攻击时做出更快的反应。这被称为免疫记忆。这也是疫苗接种的作用,来训练我们的淋巴细胞。有些敌人真的很强大,所以我们不希望免疫系统在没有适当训练的情况下面对这些战斗。
肠道微生物包含细菌、病毒甚至蠕虫等,这些微生物中有些是我们的朋友,有些则很危险;肠道细胞用一层黏液保护自己,它们形成了一道“长城”,将微生物和身体其它部分分隔开来;免疫系统的英雄们保护着我们的身体:粒细胞(一线战士)、吞噬细胞(看门人和淋巴细胞的老师)、淋巴细胞(区分敌人和朋友的将军)。
免疫系统在肠道中的训练
拥有各种不同微生物的肠道是训练免疫系统的最佳学校。肠壁细胞将微生物与身体的其它部分分隔开来,但它们也通过覆盖其表面的保护性黏液来保护自己。在这一肠道长城上,免疫系统的英雄们时刻观察和研究着肠道里的微生物。有时候,肠道细胞会向免疫细胞展示一些生活在肠道中的微生物;另一些时候,免疫细胞会伸出它们的“手臂”穿过肠壁来研究困在黏液中的微生物。免疫细胞就是这样变得更聪明、更强大,并准备对抗任何危险的。我们看不到也感觉不到这一点,但是当免疫系统识别出微生物时,总会有一场斗争即将开始。然而,大多数肠道微生物都是有益的,淋巴细胞也知道这一点,所以它们会让战士平静下来。此外,只要微生物和身体的其它部分被肠道长城分隔开,肠道内就会保持和平。
免疫细胞如何将身体细胞和有益微生物与有害微生物区分开来呢?我们的身体细胞很容易识别,因为它们的表面都带有相同的分子,就像一支足球队穿着相同颜色的球衣一样。这些分子与微生物表面的分子非常不同。粒细胞“战士”和吞噬细胞“看门人”可以检测微生物上的特定分子,然而,有益微生物和有害微生物表面有着非常相似的分子,所以很难通过这些分子来区分好与坏。但是,一些有益细菌会产生另一些分子,给免疫系统传递和平的信息,从而使免疫系统把这些微生物区分开来。这些分子就像是微生物在说“你好,朋友,我是来帮忙的!”。肠道中还有很多这样的秘密信息,科学家们正在努力去发现。
超级英雄也会“耍流氓”
有时候,事情可能不太顺利,肠道可能会受到感染。许多年前,卫生条件比现在要差,房屋不干净,食物和水往往含有致病微生物。这意味着人们更容易因摄入有害微生物而生病。每次他们生病和康复时,免疫系统都会得到更好的训练,以对抗它们。即使被一些能够抵抗这种对抗的微生物感染,比如蠕虫,免疫系统也会学会如何修复它们造成的损害。因此,无论如何,人们可以更快地从未来的感染中恢复。
然而今天,我们的生活方式大不相同,我们已经解决了许多过去的问题。我们有抗生素来杀死感染我们的敌人。我们的家、食物和水更干净了,不太可能让我们生病。这些变化共同改变了我们的肠道环境、肠道菌群和免疫系统。现在,危险的敌人没有以前那么多的机会来感染我们了。但是这对免疫系统来说也有点“无聊”,我们的微生物群落中包含的敌人更少了,但是有益细菌的种类也更少了。当我们服用抗生素时,我们的有益细菌和致病性细菌都被杀死了。我们的饮食也发生了巨大的变化,这也在改变我们的肠道菌群。所有这些变化都在误导我们的免疫系统超级英雄,干扰它们的训练。
所有这些生活方式的小变化组合在一起,造成了“无聊”和“困惑”的免疫细胞,这不是什么好事:它们可能开始战斗,但不知道何时该停止;有时它们甚至攻击身体自身的细胞。训练不足的免疫系统超级英雄变成了流氓恶棍。感染性疾病是减少了,却导致了各种新类型的疾病,包括过敏、炎症性肠病、关节炎、牛皮癣、糖尿病、肥胖、抑郁症、心血管疾病甚至癌症等等,这些都是现代社会非常常见的疾病。其实,这些疾病绝大多数都与免疫系统超级英雄和它们的肠道训练营的变化有关。这些现代疾病非常复杂,因为即使在生活方式相同的人群中,也不是每个人都会生病。这是因为所有的个体都是不同的,不仅在头发颜色或身高等特征上,而且在细胞工作的方式上也是不同的。
肠道里发生的神奇故事
(A)免疫细胞可以通过有益细菌产生的维持和平的分子来识别它们。
(B)如果微生物是友好的,淋巴细胞将军可以让战士们平静下来。
(C)抗生素有助于杀死致病细菌,但也能杀死有益细菌。
(D)肠道细胞形成一道屏障,将微生物挡在体外。
(E)当屏障被破坏时,免疫细胞就会伸出援手。
(F)不幸的是,现代生活的某些方面会导致免疫细胞对抗身体自身的细胞。
结论
对于我们和我们的肠道菌群来说,世界正在改变。但是不必太担心,我们可以做很多事情来照顾我们的肠道菌群,让它继续有效地训练我们的免疫系统:坏细菌非常喜欢甜食和垃圾食品,所以如果可以的话,把含糖食物换成水果和蔬菜,新鲜天然的、未经加工的、真正的食物也会帮助我们的有益细菌生长,保护我们;小心使用抗生素,如无必要,坚决不用;饭前洗手,但不要过分注重清洁,这足以避免大多数感染。如果我们多注意这些事情,没有必要过分担心,我们可以信任我们的免疫系统超级英雄。
记住,肠道是免疫系统的训练营,我们的饮食和生活方式影响着我们的肠道环境,决定了免疫系统是成为超级英雄,还是流氓恶棍。我们每个人都有让免疫系统变身超级英雄的能力,也有让其变身流氓恶棍的软肋。维持健康的肠道训练营环境,可以为我们的身心健康提供一个保驾护航的超级英雄。
参考资料:Garrido-Mesa J and Garrido-Barros M (2021) Gut Coaching: How Immune Cells Become Superheroes…or Villains!. Front. Young Minds. 9:619702. doi: 10.3389/frym.2021.619702