金黃色葡萄球菌（Staphylococcus aureus, S. aureus）是導致血流感染的主要病原體之一，其臨床治療因耐甲氧西林金黃色葡萄球菌（methicillin-resistant S. aureus, MRSA）等耐藥菌株的出現而日益復雜，死亡率居高不下。因此，探尋增強宿主固有防御能力的新策略至關重要。腸道菌群作為系統性免疫的關鍵調節者，其保護作用機制尚未完全闡明。肝臟憑借其豐富的血竇和駐留免疫細胞（如庫普弗細胞、γδT細胞），成為處理來自腸道循環病原體和微生物產物的“第一道防線”和免疫監視樞紐。本研究旨在揭示腸道菌群在系統性金黃色葡萄球菌感染早期，如何調控肝臟免疫反應，特別是通過γδT細胞和中性粒細胞這一關鍵軸心，建立免疫屏障的具體機制。

為探究腸道菌群在抵御侵襲性金黃色葡萄球菌感染中的作用，研究團隊使用廣譜抗生素雞尾酒（氨芐西林、甲硝唑、新霉素、萬古霉素）預處理小鼠至少21天以破壞其腸道菌群（ABX組），并與未經處理（No ABX組）及糞便微生物群移植（Fecal microbiota transplantation, FMT）重建菌群的小鼠進行比較。所有小鼠隨后通過尾靜脈注射金黃色葡萄球菌USA300菌株進行系統性感染。實驗結果證實，ABX處理顯著減少了糞便中可培養的好氧菌和厭氧菌數量以及16S核糖體RNA（16S ribosomal RNA, 16S rRNA）基因拷貝數。與No ABX組相比，ABX組小鼠在感染后生存率顯著降低，體重下降更嚴重，并且在感染后24小時，其肝臟和腎臟中的細菌負荷顯著更高。至感染后第10天，這種差異在腎臟、脾臟和腸道中依然明顯。此外，ABX組小鼠肝臟和腎臟中膿腫形成的嚴重程度、肝損傷指標（血清ALT、AST水平）以及組織病理學改變均比No ABX組和FMT組更為顯著。這些結果共同表明，腸道菌群對宿主抵御系統性金黃色葡萄球菌感染具有促進作用。

為了進一步探究金黃色葡萄球菌在感染早期于各器官的播散情況，研究人員使用表達綠色熒光蛋白（Green fluorescent protein, GFP）的金黃色葡萄球菌菌株（S. aureus-GFP）感染小鼠。離體組織成像顯示，在感染后12和24小時，感染的主要部位定位于肝臟，這一結果與早期感染階段器官中觀察到的細菌負荷一致。流式細胞術（Flow cytometry, FCM）分析進一步揭示，在No ABX組小鼠中，約有40%的肝內金黃色葡萄球菌被CD45⁺免疫細胞（主要是庫普弗細胞）捕獲，而在ABX組小鼠中這一比例顯著降低。更重要的是，在感染后12小時，ABX組小鼠肝臟中的中性粒細胞（CD11b⁺Ly6G⁺）招募數量較No ABX組和FMT組顯著減少。這些發現證明，在感染早期，金黃色葡萄球菌主要積聚在肝臟，而腸道菌群通過促進中性粒細胞向肝臟遷移，在增強宿主防御中扮演著關鍵角色。

白細胞介素-17A（Interleukin-17A, IL-17A）是調控細菌感染期間粒細胞增多和中性粒細胞招募的關鍵細胞因子。研究顯示，在系統性金黃色葡萄球菌感染后，肝臟IL-17A水平在12小時達到峰值。與No ABX組相比，ABX組小鼠的肝臟IL-17A產生顯著減少，而FMT處理可恢復其水平。IL-17A可調節趨化因子KC/CXCL1、MIP-2/CXCL2以及髓過氧化物酶（Myeloperoxidase, MPO）的產生，這些都是中性粒細胞招募所必需的。ABX組小鼠肝臟中KC、MIP-2和MPO的水平均低于No ABX組和FMT組。為了確定IL-17A是否是腸道菌群發揮保護作用的關鍵介質，研究人員對IL-17A基因敲除（Il17a^?/?）小鼠進行了No ABX或ABX預處理。結果顯示，無論是否接受抗生素處理，Il17a^?/?小鼠的生存率都顯著低于野生型（Wild type, WT）小鼠，肝臟細菌負荷更高，且肝臟中性粒細胞浸潤顯著減少。這些發現表明，腸道菌群通過IL-17A招募中性粒細胞至肝臟，從而促進細菌清除，增強宿主對系統性金黃色葡萄球菌感染的抵抗力。

接下來，研究團隊探究了在宿主系統性防御過程中，腸道菌群促進IL-17A產生的細胞來源。他們比較了No ABX、ABX和FMT組小鼠肝臟中的輔助性T細胞17（T helper cell 17, Th17，即CD3⁺CD4⁺IL-17A⁺）和γδT17細胞（CD3⁺TCRγ/δ⁺IL-17A⁺）。結果顯示，ABX組小鼠肝臟中γδT17細胞顯著減少，而Th17細胞未觀察到顯著變化，提示腸道菌群可能通過促進肝γδT17細胞來介導免疫保護。為驗證這一假設，他們對γδT細胞缺陷（Tcrδ^?/?）小鼠進行No ABX或ABX預處理后，進行系統性金黃色葡萄球菌感染。結果顯示，與WT-No ABX組相比，Tcrδ^?/?小鼠肝臟中IL-17A⁺CD3⁺細胞顯著減少，且No ABX與ABX處理的Tcrδ^?/?小鼠之間無顯著差異。酶聯免疫吸附試驗（Enzyme-linked immunosorbent assay, ELISA）也證實Tcrδ^?/?小鼠肝臟IL-17A水平更低。攻毒實驗表明，Tcrδ^?/?小鼠（無論是否接受抗生素處理）與WT小鼠相比，生存率顯著降低，肝臟細菌負荷更高，肝病理損傷更嚴重。而補充重組IL-17A（recombinant IL-17A, rIL-17A）能顯著改善Tcrδ^?/?小鼠的生存率、降低細菌負荷并減輕肝損傷。此外，Tcrδ^?/?小鼠肝臟中的中性粒細胞數量也顯著低于WT小鼠和補充了rIL-17A的Tcrδ^?/?小鼠。這些數據表明，腸道菌群通過促進肝γδT細胞產生IL-17A，介導中性粒細胞向肝臟募集，從而促進細菌清除并增強宿主對系統性金黃色葡萄球菌感染的抵抗力。

通過對No ABX和ABX組小鼠糞便樣本進行16S rRNA擴增子測序，研究人員表征了抗生素處理后的腸道微生物組。結果顯示，ABX處理后腸道微生物多樣性顯著降低，群落組成發生顯著變化。在門水平上，厚壁菌門（Firmicutes）和擬桿菌門（Bacteroidota）的相對豐度下降；在屬水平上，乳桿菌目（Lactobacillales）、毛螺菌目（Lachnospirales）、擬桿菌目（Bacteroidales）的相對豐度下降。物種水平分析進一步將羅伊氏乳桿菌（Limosilactobacillus reuteri, L. reuteri）確定為最顯著減少的菌株之一。為確定負責抵抗金黃色葡萄球菌感染的共生菌，研究人員使用萬古霉素+氨芐西林（Van+Amp）組合清除革蘭氏陽性菌，或使用新霉素+甲硝唑（Neo+Met）組合清除厭氧菌和革蘭氏陰性菌，然后誘導系統性金黃色葡萄球菌感染。結果顯示，與No ABX組相比，Van+Amp處理的小鼠體重下降最嚴重，肝臟細菌負荷顯著更高，而Neo+Met處理的小鼠癥狀較輕。這些發現表明，腸道菌群中的革蘭氏陽性菌可能介導了觀察到的保護作用。

從SPF小鼠糞便中分離出的10株共生菌中，包括一株被鑒定為羅伊氏乳桿菌WX25的菌株。鑒于羅伊氏乳桿菌是革蘭氏陽性菌且被抗生素顯著消耗，研究人員假設它可能有助于宿主防御。為驗證此點，在靜脈注射金黃色葡萄球菌感染前，對經Van+Amp預處理的小鼠進行為期10天的羅伊氏乳桿菌WX25補充。結果顯示，與Van+Amp組相比，補充羅伊氏乳桿菌WX25改善了小鼠生存率，并顯著降低了肝臟中的細菌負荷。羅伊氏乳桿菌WX25處理與FMT處理的效果無顯著差異。組織病理學顯示，Van+Amp處理小鼠的損傷比No ABX組和羅伊氏乳桿菌WX25處理組更嚴重。此外，在感染后12小時，羅伊氏乳桿菌WX25處理組小鼠的肝γδT17細胞和中性粒細胞數量均顯著高于Van+Amp處理組。這些數據表明，共生羅伊氏乳桿菌通過激活肝γδT17-中性粒細胞軸，促進宿主防御系統性金黃色葡萄球菌感染。

腸道菌群定植于腸道，但其代謝物可通過循環途徑到達包括肝臟在內的遠端器官。其中，羅伊氏乳桿菌等菌種產生的吲哚衍生物在免疫調節功能中發揮著關鍵作用。通過科瓦克氏試劑法評估從小鼠腸道分離的共生菌產生吲哚代謝物的能力，結果顯示羅伊氏乳桿菌WX25、WX26和腸乳桿菌（L. intestinalis）WX30能產生與陽性對照大腸桿菌ATCC 25922相似的強烈顏色反應。基于吲哚代謝物在介導共生菌與免疫系統相互作用中的獨特作用，研究人員假設這些微生物代謝物可能影響肝臟微循環中的中性粒細胞浸潤。為探究微生物源吲哚代謝物在腸-肝軸中的作用，對ABX預處理的小鼠在靜脈注射金黃色葡萄球菌感染前，連續10天每日灌胃給予吲哚-3-甲醛（IAld）、吲哚-3-乙酸（IAA）和吲哚-3-丙酸（IPA）的混合物。結果顯示，補充吲哚代謝物挽救了ABX處理小鼠的生存率；然而，這種保護作用在Tcrδ^?/?小鼠中被消除。此外，與WT-ABX組和Tcrδ^?/?-Indole組相比，補充吲哚代謝物的小鼠在感染早期肝臟細菌負荷顯著更低。WT-Indole組小鼠肝臟中IL-17A、MIP-2、KC和MPO的水平均顯著高于WT-ABX組。這些數據表明，微生物源吲哚代謝物通過γδT17/中性粒細胞軸促進宿主防御系統性金黃色葡萄球菌感染。

本研究揭示，在系統性金黃色葡萄球菌感染的早期階段，腸道菌群通過促進中性粒細胞向肝臟募集來促進宿主防御。腸道菌群激活肝γδT細胞，促進其快速產生IL-17A，從而驅動中性粒細胞遷移并在感染早期清除病原體。破壞這一腸-肝軸——無論是通過抗生素消耗腸道菌群，還是破壞γδT細胞-IL-17A信號軸——都會導致無法從血液中清除病原體，從而引發播散性感染。值得注意的是，羅伊氏乳桿菌被確定為一種關鍵的共生菌，能夠激活這一肝γδT17-中性粒細胞軸，并在ABX處理的小鼠中恢復宿主防御。腸道菌群在腸外免疫中的作用日益得到認可，但其在系統性細菌清除中的機制貢獻仍未完全明確。本研究具體闡明了抗生素誘導的菌群失調會嚴重損害金黃色葡萄球菌血流感染期間的肝臟免疫力。這一觀察結果與將腸道菌群失調與膿毒癥和醫院獲得性感染易感性增加相關的臨床證據一致。研究強調了中性粒細胞在感染早期向肝臟募集，在提供血管內防御、防止病原體通過血流播散方面的關鍵作用。這些招募的免疫細胞與常駐肝臟的巨噬細胞——庫普弗細胞合作，建立保護性血管內屏障。研究確定IL-17A是將菌群效應轉化為對系統性金黃色葡萄球菌感染抵抗力增強的關鍵細胞因子。在肝臟中，IL-17A的細胞來源包括Th17細胞、γδT細胞和各種固有免疫細胞群。本研究結果表明，γδT細胞是金黃色葡萄球菌感染中肝臟免疫防御早期IL-17A的主要來源。這與γδT細胞活化的快速動力學及其在接觸病原體數小時內快速產生IL-17A的能力相符。肝γδT細胞的關鍵作用在Tcrδ^?/?小鼠對感染的易感性增加以及通過外源性rIL-17A給藥完全恢復保護性免疫中得到進一步證明。此外，研究發現破壞腸道菌群會損害感染期間的γδT17-中性粒細胞軸，這擴展并豐富了對肝γδT細胞在調節肝臟局部免疫反應中作用和調控機制的理解。引人注目的是，研究發現乳桿菌屬中的單一物種——羅伊氏乳桿菌在ABX處理小鼠中顯著減少，并且是預防系統性金黃色葡萄球菌感染的有效益生菌單藥療法。然而，僅定植羅伊氏乳桿菌并不能將中性粒細胞功能完全挽救到SPF小鼠觀察到的水平，因此，其他微生物衍生信號可能有助于調節肝臟防御。雖然需要進一步研究來闡明羅伊氏乳桿菌發揮其保護作用的確切機制，但本研究結果表明，它可能通過促進γδT細胞產生IL-17A和隨后的中性粒細胞招募來發揮作用。總之，本研究為理解腸道菌群如何協調早期肝臟免疫防御以對抗系統性金黃色葡萄球菌感染提供了新的機制見解。研究表明，來自共生微生物的信號預激肝γδT細胞產生IL-17A，進而促進中性粒細胞招募——這突顯了一個關鍵的腸-肝免疫軸。這一詳細理解在臨床背景下尤為重要，考慮到腸道菌群失調（通常由抗生素治療引起）顯著增加了對金黃色葡萄球菌感染的易感性，尤其是在重癥監護病房患者等脆弱人群中。從轉化醫學的角度來看，研究結果表明，由腸道菌群失調引起的宿主防御缺陷可以通過補充益生菌羅伊氏乳桿菌來改善，這可能是一種可行的精準醫學策略。隨著對微生物組-免疫串擾在系統性宿主防御中介導機制的理解加深，通過靶向微生物組干預（微生物免疫療法）進行免疫調節，為開發預防和治療感染的精準引導干預措施提供了一個有前景的途徑。