技術路線
· 步驟1：在人和小鼠的腸道中，均可鑒定出一組MAF，與腸腔真菌的組成有顯著差異；
· 步驟2：特定MAF（而非腸腔真菌）的腸道定殖可誘導CD4+ Th細胞產(chǎn)生IL-22，上調(diào)JAK/STAT信號，促進DNA修復，并增強小鼠的腸道屏障功能；
· 步驟3：MAF可在DSS+抗生素或鼠檸檬酸桿菌感染誘導的小鼠腸道損傷中起保護性作用；
· 步驟4：特定MAF的腸道定殖可誘導系統(tǒng)性的IL-17A產(chǎn)生，并通過作用于神經(jīng)元上的IL-17R，從而促進小鼠的社交行為。
研究結(jié)果
消化道不同部位細菌群落組成存在差異，為了探索胃腸道（GI）真菌群落的生物地理學特征，作者采集了小鼠的胃、空腸、回腸、盲腸和結(jié)腸等GI區(qū)域腸腔（Lumen，LUM）和粘膜（Mucosa，MUC）樣本，進行了ITS測序。結(jié)果顯示GI真菌群落的組成在LUM和MUC間存在顯著差異，而非不同的GI部位，此外LUM真菌群落多樣性顯著高于MUC樣本（圖1 A-C）。通過比較腸道部位真菌群落，分別鑒定出LUM和MUC組中特異性真菌群落，并在人體手術樣本中發(fā)現(xiàn)了相似的真菌組成特征（圖1 D-F）。這些結(jié)果表明只有一部分特定的真菌群落可以在獨特的腸道黏膜環(huán)境中定植。接下來作者使用抗生素誘導并結(jié)合DSS介導的長期損傷的生態(tài)擾動模型，來評估LUM和MUC相關真菌群是否具有免疫保護潛力。結(jié)果表明MAF（白色念珠菌、釀酒酵母和扣囊復膜酵母）提供了對腸道損傷的保護，并降低了小鼠的死亡率和腸道屏障通透性（圖1 G-I）。
圖1 小鼠腸道粘膜相關的特征真菌群落
2. MAF促進腸道屏障完整性，并誘導CD4+ T細胞產(chǎn)生IL-22
腸上皮細胞形成腸道微生物群和粘膜免疫系統(tǒng)之間的第一道屏障。為了評估了MAF對腸上皮細胞的影響，作者進行了MAF小鼠定植實驗和結(jié)腸上皮細胞的RNA-seq。結(jié)果顯示MAF的腸道定植誘導了不同的轉(zhuǎn)錄譜，與免疫反應和細胞增殖相關的基因上調(diào)（圖2 A-B）。由于真菌可以誘導強烈的免疫反應，我們假設MAF的保護作用可能是通過免疫系統(tǒng)介導的。免疫表型結(jié)果顯示RORγt+Th7細胞的頻率顯著增加，并產(chǎn)生高水平的效應細胞因子IL-22、IL-17A和IL-17F（圖2 C-H）。
圖2 MAF促進腸道屏障完整性，并誘導CD4+ T細胞產(chǎn)生IL-22
3.MAF的保護作用由產(chǎn)IL-22的CD4+ T細胞介導
接著，作者使用IL-17-/-和IL-22-/-缺陷小鼠模型來評估IL-17、IL-22是否介導了MAF對腸屏障功能的保護作用。結(jié)果顯示IL-22的缺失消除了MAF對小鼠生存和屏障功能的保護作用（圖3 F-G）。結(jié)腸中ILC3細胞是產(chǎn)生IL-22的主要來源，但ILC3的頻率以及IL-17、IL-22的產(chǎn)量不受MAF定植的影響（圖3 E）。排除以上影響因素后，作者確定了CD4+ T是MAF誘導產(chǎn)生IL-22的主要來源，并通過Rag1-/-小鼠模型證實產(chǎn)IL-22的CD4+ T細胞介導了MAF的保護作用（圖3 H-J）。
圖3 MAF的保護作用是由產(chǎn)生IL-22的CD4+ T細胞介導的
4. MAF對鼠檸檬酸桿菌誘導的結(jié)腸炎具有保護作用
與腸道上皮的保護作用一致，在抗生素治療的小鼠中，MAF的定殖降低了鼠檸檬酸桿菌感染的嚴重程度和腸道病原體負擔（圖4A-4G）。MAF定植對II22-/-小鼠沒有任何益處，不僅加重了疾病的嚴重程度，還會導致鼠檸檬酸桿菌定殖增加（圖 4I-K）。這些數(shù)據(jù)表明，MAF在小鼠感染性結(jié)腸炎中的保護作用與IL-22相關，而非與鼠檸檬酸桿菌直接競爭。
圖4 MAF對鼠檸檬酸桿菌誘導的結(jié)腸炎具有保護作用
5. MAF促進小鼠的社會行為
最近的研究表明，與行為變化相關的神經(jīng)精神疾病人類中腸道真菌群落的組成發(fā)生改變。作者使用抗生素誘導的細菌生態(tài)失調(diào)模型發(fā)現(xiàn)MAF定植不影響重復、焦慮和強迫相關的行為。但在三室社會試驗中，MAF定植促進小鼠的社會行為（圖5 A-F），且與抗生素造成的細菌群落耗竭無關（圖5 G-J）。
圖5 在三室社會試驗中，MAF促進小鼠的社會行為
6. 神經(jīng)元中IL-17Ra信號介導MAF誘導的社交行為增加
越來越多的證據(jù)表明，神經(jīng)系統(tǒng)和免疫系統(tǒng)之間的相互作用在社會行為的發(fā)展中起著至關重要的作用，其中各種細胞因子在中樞神經(jīng)系統(tǒng)（CNS）中具有直接的神經(jīng)調(diào)節(jié)作用。實驗結(jié)果顯示MAF定植小鼠的血清和脾臟中只有IL-17A系統(tǒng)性增加，并且腸道和CNS神經(jīng)元都表達高水平的IL-17受體基因Il17ra而不是IL-22受體基因Il22ra（圖6 A-B）。此外，Il22缺失不影響小鼠社會行為的增加（圖6 C-E），而Il17ra缺陷小鼠定植MAF后社會行為呈現(xiàn)下降（圖F-H）。這些結(jié)果表明MAF定植通過IL-17A對神經(jīng)元的直接作用促進了小鼠的社會行為。
圖6 神經(jīng)元中IL-17Ra信號介導MAF誘導的社交行為增加
小編小結(jié)
本研究沿胃腸道的菌群生物地理學進行了表征，并確定了與小鼠和人類腸粘膜相關的真菌子集。MAF可增強腸上皮功能并保護小鼠免受腸道損傷和細菌感染，特定MAF的腸道定植促進了小鼠的社會行為。腸道局部對屏障功能的影響依賴于CD4+ Th細胞產(chǎn)生的IL-22，而對社會行為的影響是通過神經(jīng)元中的IL-17R依賴性信號傳導介導的。因此，腸道菌群的空間組織，與宿主保護性免疫和上皮屏障功能相關并且可能是通過互補的17型免疫機制對小鼠行為進行神經(jīng)免疫調(diào)節(jié)的驅(qū)動因素。
中科優(yōu)品推薦
【中科新生命】全面推出腸道微生物群-免疫系統(tǒng)多組學解決方案，多角度、多層次、全方位深入挖掘腸道菌群和免疫系統(tǒng)之間的關聯(lián)性，并結(jié)合表型結(jié)果，擬幫助科研人員開發(fā)一種新型干預性措施的潛在靶點。
腸-免疫-靶軸系統(tǒng)研究方案
· 16s/宏基因組----腸道微生物的組成及改變
· 免疫代謝組----腸道微生物產(chǎn)生的用于調(diào)控機體免疫的代謝物
· 免疫因子組----腸道微生物如何影響機體免疫
· 轉(zhuǎn)錄/蛋白質(zhì)組----對終端靶器官應對炎癥響應機制的系統(tǒng)描述
