1.前言：

肠道，既是动物消化吸收的重要场所，也是重要的免疫器官。肠道对维持机体整体健康发挥着极其重要的作用，其内栖息着数量庞大的微生物，并且这些微生物是维持肠道健康必不可少的因素。肠道微生态是指宿主肠道内的微生物与宿主相互作用，共同构成一个生态系统，其核心是肠道菌群。因此，早期对肠道微生态的研究多集中在肠道菌群的结构和动态变化，而往往忽略了肠道病毒组的存在。但近年来肠道病毒组功能研究日益受到关注，其中肠道噬菌体作为肠道病毒组的主要成员，更是成为了明星热点。

2.什么是肠道噬菌体：

在动物体内，微生物群落最密集的部位是肠道。肠道微生物包括细菌、古菌、原虫、真菌以及病毒，研究表明，每克人的粪样约有10^9～10^10个病毒样颗粒(virus-like particle,VLP)，其中噬菌体是肠道病毒组的主要组成。

2.1肠道噬菌体的分类

噬菌体是一类能感染细菌的病毒，既有具有杀死和清除细菌的能力的烈性噬菌体，也有存在于细菌里并和宿主形成共生关系的温和噬菌体。烈性噬菌体感染其宿主菌后，裂解细菌且释放子代噬菌体，因此能够直接影响动物肠道内多种细菌的丰度、多样性以及代谢。温和噬菌体并不裂解细菌，而是将其基因组整合到宿主细菌基因组中，并随宿主的复制而复制，其中整合至细菌基因组的噬菌体称为前噬菌体（即其本质是核酸）。当肠道环境发生改变时，前噬菌体才进入溶菌周期，裂解细菌。前噬菌体也是抗生素抗性基因与细菌毒力因子的一个重要来源，并能编码有利于宿主菌生存的相关基因。

噬菌体也可按遗传物质区分，其中双链DNA噬菌体(主要有尾病毒目的肌尾病毒科、长尾病毒科与短尾病毒科)与单链DNA噬菌体(主要是微小噬菌体科)是肠道内丰度最高，通过透射电子显微镜，人们发现人类粪便中噬菌体主要为有尾噬菌体目。RNA噬菌体含量较少，且大部分RNA噬菌体来源于食物中的植物病毒。DNA噬菌体中有尾噬菌体目噬菌体与微小噬菌体科噬菌体的数量往往呈负相关，且有尾噬菌体目噬菌体与微小噬菌体科噬菌体的比例与机体健康密切相关——在肠道炎症性疾病(inflammatory bowel disease，IBD)患者及高脂高糖日粮诱导的肥胖小鼠肠道内，有尾噬菌体目噬菌体数量高，而微小噬菌体科噬菌体数量低。

2.2肠道噬菌体的研究方法

上世纪初，噬菌体被从细菌疾病中得到治愈后病人的粪便中获得，有人认为噬菌体可能与肠道对抗有害细菌有关，且其抗菌效果可能比机体的免疫系统更有效。研究肠道噬菌体的传统方法是通过显微镜观察和体外培养。然而噬菌体扩增严格依赖宿主菌，而大多数菌在实验室中又难以纯化培养，因此通过体外培养能得到的信息十分有限。

后来通过宏基因组测序，Qin等从124个粪便标本中发现，分理出的3.3百万个非冗余微生物基因，共计5767亿个碱基对的序列，其中约5％为编码噬菌体的相关蛋白，这意味噬菌体在肠道平衡中十分重要。但噬菌体少有通用标记基因，且噬菌体基因组偏小，平均在30kb左右，因此获得完整噬菌体基因组数据仍旧困难。目前已知肠道病毒组数据中噬菌体基因序列较少，且大量噬菌体基因功能尚不清楚。

2.3肠道噬菌体的分布

肠道噬菌体的分布是反映噬菌体与机体关系的一个重要特征。有研究发现，在猪以及人的回肠段，噬菌体数量要高于大肠及粪样中的噬菌体数量，这意味着不同肠段中噬菌体-细菌动态关系并不完全相同。Kim等发现，小鼠肠腔与黏膜层具有一些共有的噬菌体及各自特有的噬菌体，这种差异与肠腔、黏膜细菌组成差异有关。目前对于肠道噬菌体分布情况仍需要进行更多、更深入的研究，从而确定同一肠段不同部位及不同肠段中的噬菌体在组成及功能上的差异。

3.肠道中噬菌体对菌群的影响：

3.1动物成年前肠道内

“predator-prey dynamics”动态关系

动物自婴儿时期起，肠道细菌与噬菌体的水平就波动剧烈，直到成年阶段才趋于稳定。研究发现，动物成长至成年前，肠道细菌多样性增加，而噬菌体丰度降低。新生儿肠道噬菌体主要来自于食物及周围环境，或从新定植的肠道细菌内的前噬菌体诱导而来。幼年时期，菌群与噬菌体存在“predator—prey dynamics”动态关系：一些细菌丰度升高后，对应的烈性噬菌体丰度升高，导致细菌丰度降低，为有竞争关系的细菌提供生长空间，那些竞争细菌丰度升高后，其对应烈性噬菌体丰度升高，竞争细菌丰度降低，如此循环。在早期机体建立肠道菌群的阶段，烈性噬菌体与菌群形成的“predator-prey dynamics”动态，使后来细菌具有发展的空间，这对维持肠道中细菌的多样性有重要意义。

3.2动物成年后肠道内细菌与噬菌体动态平衡

健康成人肠道内，细菌与噬菌体处于较稳定的动态平衡，受感染细菌通过不断进化以逃避噬菌体感染(如已被广泛应用于基因编辑的CRISPR—Cas系统)，很多情况下细菌一旦获得噬菌体抗性，通常会缺失具有细菌性致病力的细胞表面特征。反过来噬菌体也不断进化出新的感染策略(如通过合成抗CRISPR蛋白干扰CRISPR—Cas系统)。

肠道中温和噬菌体占主导地位，其能赋予宿主菌抗双重感染的能力，即在细菌之间能转导抗生素抗性基因与细菌毒力因子，并且能编码糖代谢、维生素和辅酶因子相关的基因，这些因素为宿主菌提供了生存优势。由此可知，噬菌体与细菌的动态关系影响着动物宿主的营养代谢与机体健康。同时，动物宿主的肠道环境及代谢发生改变能够诱导温和噬菌体进入溶菌周期，影响噬菌体与菌群的动态关系。

4.肠道噬菌体在病理生理学方面的研究及应用：

4.1肠道噬菌体在免疫功能方面的研究

目前，关于噬菌体在肠道微生态中的生理或病理过程已经有一定的研究基础。Babickova和 Gardlik认为，通常情况下肠腔中的噬菌体与菌群之间，不但在数量上维持着平衡，起着传递某些适应环境及排斥其他病原菌的利己基因。而且，噬菌体还能直接作用于胃肠黏膜层上的糖蛋白，起到抵御病原菌入侵的作用。噬菌体还在部分健康人中的循环系统中被检测到，因为它们穿过肠道上皮屏障：当肠道发生炎症时，黏膜层上噬菌体大量增加。这些噬菌体的产生与宿主菌死亡有关，这导致部分利己基因可能传递到病原菌中，同时因为黏膜层的缺失，噬菌体对黏膜糖蛋白的作用就会减弱，导致噬菌体颗粒进入到黏膜固有层甚至是血液循环系统中。在黏膜固有层中，噬菌体可能会引起局部的免疫反应。而噬菌体在进入循环系统后，就可能会引起系统性的免疫反应。

此外，噬菌体病毒颗粒被发现可减少活性氧物质产生，以抑制T细胞和转录因子的激活促进耐受，并发挥抗肿瘤活性，有研究表明在肠道中注射噬菌体，能引起免疫抑制且同时抑制体液免疫和细胞免疫。

4.2噬菌体疗法

利用烈性噬菌体控制细菌性感染的方法被称为噬菌体疗法。其基本过程一般包括：高效感染宿主菌、潜伏生长、爆发期。烈性噬菌体感染宿主细菌后，可释放出子代噬菌体，感染和裂解其他宿主菌。早期的噬菌体疗法在伤口和皮肤感染、呼 吸道、消化道、泌尿生殖道感染中均有应用，其给药途径取决于给药目的和噬菌体性质，通过静脉和胃肠道用药是最常规的使用方法，除此之外还能经皮给药、雾化吸人、膀胱冲洗等。自上世纪以来，随着抗生素的广泛应用，噬菌体疗法被忽视。但近年来抗生素耐药菌的频繁产生，大量抗生素方法失效，噬菌体疗法重新得到关注。

但噬菌体疗法并不成熟：1) 噬菌体本身宿主谱狭窄，新的噬菌体需要不停发现、分离，且噬菌体对pH敏感。温度、湿度、最小有效浓度的定量也待研究；2)免疫反应可直接或间接抑制噬菌体作用，宿主体内的巨噬细胞和抗体直接摧毁噬菌体；而且带病菌本身也刺激着宿主，宿主对细菌的免疫会间接抑制噬菌体疗法的效果。此外，一些烈性噬菌体对体内菌群破坏速度过快，有可能导致内毒素和超级抗原的产生；3)细菌对噬菌体存在抗性：单一培养的菌株可在数小时或数天内发展成对噬菌体抵抗，且细菌在体外比在体内能更易形成对噬菌体的抗性；4)噬菌体治疗不是一种的被普及被广泛认可的现代医学方法，权威机构对此缺少监管，大众对噬菌体疗法也缺乏正确认识，持畏惧、质疑态度；5）噬菌体因其活性和不稳定性，在稳定性、可靠性、安全性及成本、生产、运输、使用各方面都无法比拟抗生素。

4.展望：

噬菌体已经是肠道研究中的热点。研究表明，早期进行外界干预能够长期影响动物肠道菌群，因此，我们可能可以通过烈性噬菌体早期干预动物肠道微生物群落，促进机体形成健康的菌群组成。而且随着近年来一些抗生素方法的失效，噬菌体作为医疗手段大有可为，尤其是针对慢性感染。但，相关噬菌体方法在各方面还不完善。

无菌动物作为肠道微生物研究中的明星模型，如今发挥着举足轻重的作用。能否在无菌动物上找到噬菌体研究方向，加深无菌动物的应用领域，是我们这些研究者值得思索的。