作者 617腸道微生物組是乙個複雜多樣的生態系統，廣泛影響腸道免疫系統的發育和功能。 雖然細菌是腸道微生物組中最大和最豐富的成員，但腸道也被其他微生物（如真菌、病毒、古細菌和原生生物）定植。 以前的研究被嚴重忽視了腸道中的原生生物然而，一些研究表明，原生生物可能發揮作用，它們也會影響宿主免疫力。 例如，來自Tritrichomonas屬的原生生物（一種副基底類）廣泛存在於實驗室小鼠的腸道中，並顯著影響小鼠的腸粘膜。 然而，目前對原生生物在腸道中的多樣性、代謝和生態作用知之甚少。 近日，史丹福大學michael r. howitt團隊在cell發表在題為metabolic diversity in commensal protists regulates intestinal immunity and trans-kingdom competition品。 研究揭示了人和小鼠腸道中副基底原生生物的多樣性和代謝差異，發現不同原生生物的代謝差異導致它們佔據不同的生態位，對腸道免疫產生不同的影響。 最後，該研究還發現，膳食纖維可以控制原生生物的腸道免疫誘導作用。 
首先，作者分析了先前發表的來自29個不同人群的1800個人類糞便的巨集基因組樣本，比較了工業化，狩獵採集者和過渡人群（既不採用狩獵採集者也不採用工業生活方式）腸道中原生生物的差異。 結果表明，在上述樣本中鑑定出多種以前未報道的原生生物。 Dientamoeba fragilis 是工業化和過渡種群中最常見的亞基底原生生物，而該類的幾種原生生物存在於狩獵採集種群的腸道中，原生生物在狩獵採集種群中更為普遍。 以上結果表明，與工業化人口相比，狩獵採集種群腸道中原生生物多樣性和亞基底類的流行率較高。 此外，作者在實驗室小鼠的腸道中表徵了副基底類原生生物它發現了一種先前報道的 Tritrichomonas musculis （tmu）和乙個新物種Tritrichomonas casperi（tc系統發育樹分析表明，脆性變形蟲更接近TMU和TC，非工業化種群的原生生物更接近TMU和TC，提示TMU和TC可能對腸道健康有潛在影響。 接下來，作者研究了TMU和TC對腸道免疫的影響，結果顯示：TMU 和 TC 能夠誘導結腸 Th1 和 Th7 細胞，並且這種誘導是炎症小體依賴性的;TC 和 TMU 均可誘導遠端腸道 TH1 和 TH17 免疫應答，但只有 TMU 可誘導遠端腸道 2 型免疫應答當 TC 和 TMU 同時存在時，TMU 主導小腸遠端的粘膜免疫反應。 隨後，作者研究了TMU誘導遠端腸道2型免疫反應的機制。 結果表明，與先前的研究一致，TMU通過分泌代謝物琥珀酸來刺激腸道簇細胞上的琥珀酸受體GPR91，從而驅動小腸遠端的2型免疫反應。 此外，作者還利用奈米孔長讀長測序技術對TMU和TC的基因組進行了功能分析。 既往研究表明，副基底類原生生物主要通過兩種發酵途徑維持氧化還原穩態：（1）酮酸轉化為乳酸;（2）將蘋果酸轉化為丁二酸。 基因組結果顯示，TMU基因組中含有編碼琥珀酸通路的基因，轉錄組測序和小鼠實驗進一步表明，TMU在腸道中高度表達與該通路相關的基因，並將琥珀酸排出體外。 然而，有趣的是，基因組學和轉錄組學結果表明，TC也利用了琥珀酸發酵途徑，但它不將琥珀酸排出體外，但琥珀酸的後續代謝途徑尚不清楚。 接下來，作者比較了不同碳源對TMU和TC的影響。 腸道中的微生物既可以使用膳食碳水化合物（例如膳食纖維），也可以使用非膳食碳水化合物（例如宿主腸道細胞分泌的粘液）。 通過給小鼠餵食標準飲食、含有菊粉和纖維素的限制性飲食（DEF-CI）和僅含有菊粉的限制性飲食（DEF-I），作者發現DEF-CI和DEF-I組中TMU的相對豐度更高。 然而，當纖維缺失或纖維素（Def-C）存在時，TMU定植顯著減少。 相反，TC的定植不受上述纖維素的影響。 以上結果表明：TMU 依賴於飲食**微生物對碳水化合物 （MAC） 的可用性，而 TC 可能依賴於宿主粘蛋白聚醣。 為了三毛蟲屬和細菌之間的競爭，作者對有和沒有TMU或TC的小鼠的遠端小腸、盲腸和結腸內容物進行了16S rRNA測序。 結果表明，在TMU存在下，假長雙歧桿菌和血紅雙歧桿菌的相對豐度顯著降低。 在TC存在下，Akkermansia muciniphila在小鼠中顯著降低。 通過對上述細菌基因組以及TMU和TC基因組中的碳酶進行注釋，結果表明假長雙歧桿菌和T.對植物多醣有活性的碳水化合物酶在血紅中富集，而Akkermansia粘蛋白在宿主多醣上富集有活性的酶**。 結合轉錄組學結果，作者發現TC表達的碳水化合物酶對宿主粘液素具有活性，或者可以將聚醣中的半乳糖轉化為葡萄糖，從而與Akkermansia粘液菌競爭。 雖然TMU主要使用飲食中的植物多醣**，因此它與假長雙歧桿菌和T相似Sanguinis形成競爭。 以上系列結果表明：TMU和TC之間的代謝差異影響了它們在微生物組中的生態位，並導致與不同特定共生細菌的跨界競爭。 儘管僅纖維飲食導致TMU的相對豐度顯著降低，但一部分小鼠的腸道中仍有少量TMU。 由於TMU的基因組中也有酶可以分解粘蛋白，作者推測TMU在缺乏Mac飲食時可能會選擇利用宿主粘蛋白聚醣。 為了驗證這一假設，作者首先證實了TMU在DEF-C餵養小鼠腸道中的定位，結果表明存活的TMU主要定位於粘液層。 此外，作者開發了一種特殊的培養基來支援TMU的長期培養。 結果表明，在無菌條件下，黏液可以支援TMU作為主要碳源的強勁生長，且TMU中黏液分解相關酶基因的表達顯著上調。 此外，通過比較用抗生素和不用抗生素治療的小鼠腸道中TMU的生長，作者發現，在沒有MAC的情況下，TMU無法在體內環境中存活，因為它不與粘液溶解細菌競爭，如擬桿菌和Akkermansia粘液素。 總之，在MAC缺乏期間，TMU轉化為粘蛋白分解粘蛋白，但其豐度顯著降低，因為它難以與分解粘蛋白的細菌競爭。 此外，作者還研究了TMU對不同MACs的發酵作用。 結果表明，TMU不能直接利用菊粉、阿拉伯纖維、阿拉伯半乳聚醣和低聚果糖，但可以利用阿拉伯木聚醣、半乳甘露聚醣和果膠。 DEF-CI飲食組中TMU相對豐度較高的原因可能是與TMU競爭粘液的細菌優先使用菊粉。 最後，作者研究了不同膳食碳源對原生生物免疫誘導作用的影響。 研究發現，當TMU定植小鼠被餵食DEF-C食物時，由於TMU的顯著降低，遠端小腸中2型免疫反應的誘導消失。 當這類小鼠被餵食Def-CI食物時，TMU會轉化為分解的粘蛋白，因此在遠端小腸中誘導2型免疫應答仍然存在，但會受到很大程度的抑制，而這種抑制可能主要與TMU在遠端小腸中的豐度降低有關。 這些結果表明，膳食纖維的攝入可以抑制TMU誘導的2型免疫。 
綜上所述，本研究揭示了腸道微生物組中共生原生生物的多樣性和代謝差異，發現它們可以通過不同的代謝效應影響腸道免疫，從而佔據不同的生態位。 此外，該研究還提出，共生原生生物對腸道健康的影響可以通過飲食干預來調節。 研究這些都表明，我們腸道中的原生生物對宿主免疫力有影響，不同的原生生物可能有不同的影響，因此未來需要進一步關注人類腸道中的原生生物。 原文鏈結：