王婷婷：15分钟讲述“肠道真菌”二三事

大家下午好，很高兴今天有机会和大家一起聊一聊“肠道真菌二三事”。我是来自南京大学医学院的王婷婷。
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有这样一类生物：它独立于动物和植物，它自己成为一界；它貌似无影无踪，却又无处不在；它可以在天空中自由地翱翔，又可以深入到地下五千米。这一类生物就是我们今天的主人公——真菌。它的英文名叫 Fungus，来源于拉丁文，原意是“蘑菇”的意思。
其实，真菌在我们的生活中是无处不在的。大家所知道的，我们的食用真菌，包括蘑菇；我们的药用真菌，有冬虫夏草；大家所喜欢吃的臭豆腐，也是由真菌发酵而成。
其实对于真菌的起源，现在还有很多未知的话题。我们现在所知道的是，真菌是一类真核生物，具有完整的细胞壁和细胞核的结构，真菌里也有许多的细胞器，包括内质网、高尔基体、线粒体，在真菌的 DNA 里面，也有大量的非编码 DNA。
有其中的某一些真菌——大概有几百种，和疾病密切相关。这些真菌导致的疾病，也称为真菌感染性疾病。从真菌感染的部位来看，我们把它分为浅部真菌感染和深部真菌感染。
浅部真菌感染，就是指我们皮肤表面的真菌感染，包括头癣、体癣、股癣、手足癣等。我们所常知的脚气，就是一种足癣。
而所谓深部真菌感染，就是指真菌侵入到人体器官，比如说口腔黏膜感染、隐球菌脑病、肺曲霉菌病、真菌性肠炎，以及 HIV 患者会出现的组织胞浆菌病等等。
大家一起来看一看，真菌在我们人体的分布。虽然和细菌相比，真菌的丰度和数量都比较少，可是它在我们的体内是广泛分布的。除了分布在皮肤表面之外，它在我们的大脑、肺部、肝脏、肠道等等，都有广泛的分布。
除了与上述的一些感染疾病相关之外，目前也有很多的研究报道真菌和哮喘、肥胖这些代谢性疾病也是密切相关的。
为什么正常人很少发生真菌性感染呢？真菌性感染是一个机会性感染，就是因为机体有非常强大的免疫系统，可以控制真菌的感染。
这是一个关于真菌研究的时间轴，大家可以看到，上面红色的部分是关于真菌与疾病相关的研究，而下面蓝色的部分是关于真菌与免疫系统的研究。
我们可以看到，关于真菌的免疫，我们第一次发现的模式识别受体，是 2001 年被鉴定发现的 Dectin-1 受体。到 2006 年，我们发现了它下游的一个接头蛋白，叫做 Card9 分子。到了 2013 年，首次发现了 Dectin-2 和 Dectin-3 分子它们可以形成一个二聚体。此后，越来越多的免疫细胞被发现与真菌的感染密切相关。
下面我们就来看看，我们的机体是怎么样识别和应答真菌的。
真菌它很神奇，有两种形式——菌丝体和孢子体。在营养充足的情况下，真菌会增殖，形成像串珠一样的结构，这就是菌丝体；而一旦营养不充足，在恶劣的条件下，它又会形成圆形的孢子体。
在这些菌丝体和孢子体的表面，大多数都是多糖结构，包括我们所知道的壳聚糖、甘露聚糖和葡聚糖等等，都是真菌表面的多糖，而我们的机体正是通过识别这些多糖而识别真菌。
这就是免疫细胞识别真菌的主要受体，称为 C 型凝集素受体。C 型凝集素，它是可以和多糖结合的一种蛋白质，它的表面有一个钙离子依赖的糖识别区。
C 型凝集素受体主要分布于巨噬细胞和树突状细胞的表面，我们目前所知道的 C 型凝集素受体，包括 Dectin-1、Dectin-2、Dectin-3 这个家族，以及 DC（树突状细胞）表面上特异性分泌的一些 C 型凝集素受体。
下面我们就以肺部的表面为例，来看一下，免疫细胞是怎么样将天然免疫应答和适应性免疫应答共同结合起来，抑制真菌的增生。
我们可以看到，上皮细胞以及它所分泌的一些黏液，可以有效地阻止病原微生物的入侵。而真菌表面可以通过释放蛋白酶，破坏这些上皮细胞，从而完成它的入侵。
真菌通过上皮细胞之后，可以释放出一类叫做警报素的炎症因子，包括白介素-25、白介素-33 等等。
这些细胞素一方面可以诱导免疫应答，使得我们的中性粒细胞脱颗粒，使得抗体发生类型转化，分泌出 IgE。另一方面，DC 细胞在这个过程中，起到了重要的作用，DC 细胞可以识别菌丝体和孢子体，从而诱导 Th1 和 Th2 免疫应答。除此之外，中性粒细胞在这个过程中，也发挥了一个非常重要的作用。
正是由于众多免疫细胞的互相协作，才使得我们的机体免于真菌的感染。
下面我们一起来关注一下肠道真菌。
其实在我们的肠道里，也存在着大量的真菌。2013 年的 Science 文章提供了有力的证据，它通过利用了一个真菌特异性抗体，在我们的肠道表面发现了大量的真菌的存在，尤其是在结肠远端。
2018 年的 Science 文章又进一步鉴定、分离出了一种肠道免疫卫士，这一类细胞是表达 CX3CR1 的单核吞噬细胞。
我们从这张图上可以看到，蓝色染的是细胞核，而绿色染的就是这一类肠道免疫卫士——也就是 CX3CR1 阳性的单核巨噬细胞，红色染的就是大家所熟知的白色念珠菌。我们可以看到，这类细胞可以牢牢地抓住白色念珠菌，从而把它们歼灭。
而 CX3CR1 这个分子一旦发生基因突变，就会影响到我们机体对真菌的抗体的有效产生，从而诱导疾病的发生。
下面我们就一起来看几类与真菌密切相关的疾病，首先就是炎症性肠病 IBD，主要包括克罗恩病和溃疡性结肠炎。
已经有越来越多的报道证实了，肠道真菌与炎症性肠病是密切相关的。真菌模式识别受体 Dectin-1、Dectin-3 的基因敲除的小鼠，都对炎症性肠病有易感性。进一步在这些疾病的状况下，研究了它的基因组，发现了其中有一种真菌叫做热带念珠菌，它的丰度是显著增高的。而 Dectin-1、Dectin-3 也通过 GWAS 实验被证实属于炎症性肠病的易感基因。
我们课题组的研究也发现，肠道真菌导致炎症性肠病的主要机制，是由于它会诱导肠道上皮细胞修复的异常。
肠道微生态与结直肠肿瘤的关系，也是大家目前非常关注的，已经有大量的研究证实，肠道菌群与肿瘤的发生发展密切相关。
在结直肠癌患者当中，也普遍存在着菌群多样性的降低、有益菌的减少、致病菌增多以及肠道黏膜免疫的异常。然而大多数的研究都聚焦于细菌的研究，对于真菌与肠道肿瘤的关系，还有很多的未知数。
我们课题组从 2013 年就开始做了肠道真菌和肿瘤发生的研究。
我们首先在肠道真菌的接头蛋白 Card9 基因敲除小鼠上，构造了结肠癌的肿瘤模型，发现 Card9 敲除小鼠的肿瘤显著增多。
进一步我们对菌群进行了分析后发现，在这当中细菌的作用微乎其微，主要是由真菌引起的，也就是我们刚才所说的热带念珠菌。我们又通过大量的实验，包括粪菌移植实验、小鼠的 co-housed（同笼饲养）实验，以及热带念珠菌灌胃的实验，来共同证实了热带念珠菌的致癌作用。
另一方面，我们又使用抗生素治疗，发现抗生素对于这类小鼠的治疗作用很有限，而抗真菌治疗却可以有效抑制肿瘤的发生。
上述正反的实验就有力地证实了，热带念珠菌是一个可以促进结直肠癌发生发展的致病菌。
这个热带念珠菌的致病机制，又是什么样的呢？
我们进行了免疫细胞的筛选，发现热带念珠菌可以有效地诱导其中一类免疫细胞的分化和增生，这类细胞叫做 MDSC。MDSC 可以进一步抑制 T 细胞的免疫功能，从而促进肿瘤的发生和发展。
这部分的工作，首次把肠道真菌和结直肠癌的发生发展联系了起来，在 2018 年发表在 Immunity 杂志。
无独有偶，和我们同期发表的还有一篇文章，也是在 Card9 敲除的小鼠中，发现了真菌的增多，发现了肿瘤的增多，也发现了它对炎症小体的调控作用。
除了热带念珠菌，我们熟知的其他真菌有没有致癌的作用？
我们课题组又继续在白色念珠菌上进行了研究，我们惊讶地发现，白色念珠菌也可以促进肿瘤的发生和发展，它可以有效地促进肿瘤中白介素-22 细胞因子的分泌。
我们进一步鉴定了白介素-22 的来源，发现它来源于一类叫做 ILC3 的免疫细胞。而有意思的是，ILC3 的表面并不表达我们刚才所讲的模式识别受体，并不能识别白色念珠菌。
于是我们进一步进行了探讨，发现白色念珠菌是通过调控巨噬细胞分泌白介素-7，而白介素-7 又可以通过调控 ILC3 细胞分泌白介素-22，进一步促进了肠道上皮的增生和结直肠肿瘤的发生。
因此，目前关于真菌与结直肠肿瘤的发生，我们已经有了一些初步的答案。
首先，真菌可以通过调控宿主的免疫，诱导结直肠肿瘤的发生，包括诱导炎症小体的生成，诱导 MDSC 细胞的分化，诱导 ILC3 细胞分泌白介素-22 等机制。
除此之外，由于真菌的体积较大，它可以在肠道中与细菌进行竞争性的结合，抑制益生菌的增殖，从而促进肿瘤的发生和发展。
真菌到底在临床中有没有应用的价值呢？
2019 年，香港中文大学于君教授团队在 Gut 上发表的文章，也给了我们一个很好的答案。他们进行了一个验证的队列研究，发现在肿瘤中，真菌是异常增多的，另外发现了有 14 种真菌的联合检测，可以有效地提示肿瘤的发生和复发。
因此我们也可以说，肠道真菌可以是下一代新型的肿瘤标记物。
除了与肠道相关之外，真菌还和很多肺部疾病是密切相关的。
我们知道肺部是通过呼吸道和外界直接接触的，因此在健康的上呼吸道和下呼吸道，都存在着很多的微生物，真菌也在其中。在上呼吸道当中，以曲霉菌增多为主，而在下呼吸道当中，以马拉色菌属为主。
真菌在肺部的疾病当中有没有作用呢？相关的研究也有报道。
在过敏性支气管肺曲霉菌病当中，烟曲霉菌可以通过 Card9，诱导 NF-κB 通路的一个非经典通路 RelB 的激活，从而分泌白介素-5，诱导 Th2 型的免疫反应。也就是说，真菌和呼吸道的哮喘疾病，是密切相关的。
最后我们一起来看一看真菌的检测方法。
目前在医院里面，还是保持着非常传统的检测，主要包括一些标本的涂片、显微镜的观察，来找这个菌丝和孢子体。
除此之外，还有一些新的技术，包括用 ELISA 的方法来检测真菌的抗体相关分子。
现在的基因检测的方法、测序的方法，为我们进行真菌研究提供了一个有力的手段。我们可以通过 18S、ITS2 和 ITS1 这些检测，能够系统地研究真菌里面的某一种菌、某一类菌，从而进行更加深入的研究。
目前关于真菌的研究，我们还只知道皮毛，比如说真菌是否和免疫治疗相关？真菌和细菌之间的相互作用又有什么呢？这些都期待我们更多的研究。
让我们一起关注肠道真菌，保护肠道健康，谢谢大家！
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