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美國康奈爾大學(xué)Iliev教授等人于2022年2月在頂級學(xué)術(shù)期刊Cell（IF 41.582)上發(fā)表題為“Mucosal fungi promote gut barrier function and social behavior via Type 17 immunity ”的文章，該研究在人和小鼠腸道黏膜中均鑒定出一組與腸腔真菌組成不同的黏膜相關(guān)真菌（Mucosa-associated microbiota，MAF），MAF可通過誘導(dǎo)CD4+ Th細(xì)胞產(chǎn)生IL-22，從而增強(qiáng)腸道屏障功能；并可通過促進(jìn)產(chǎn)生IL-17A，作用于神經(jīng)元上的IL-17R受體，從而促進(jìn)小鼠的社交行為。這些發(fā)現(xiàn)表明真菌群在腸道生態(tài)位中的空間組織是驅(qū)動保護(hù)性粘膜免疫的關(guān)鍵因素，這種相互作用對腸道上皮細(xì)胞、神經(jīng)元、屏障功能、腸道疾病和宿主行為具有深遠(yuǎn)的局部和全身影響。 
研究材料 各類品系SPF小鼠、人腸腔內(nèi)容物和粘膜組織、人工真菌群落
技術(shù)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(dǎo)CD4+ Th細(xì)胞產(chǎn)生IL-22，上調(diào)JAK/STAT信號，促進(jìn)DNA修復(fù)，并增強(qiáng)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(dǎo)的小鼠腸道損傷中起保護(hù)性作用； 步驟4：特定MAF的腸道定殖可誘導(dǎo)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(jìn)小鼠的社交行為。
研究結(jié)果 1. 小鼠腸道粘膜相關(guān)的特征真菌群落 消化道不同部位細(xì)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(xué)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(jìn)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(shù)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(dǎo)并結(jié)合DSS介導(dǎo)的長期損傷的生態(tài)擾動模型，來評估LUM和MUC相關(guān)真菌群是否具有免疫保護(hù)潛力。結(jié)果表明MAF（白色念珠菌、釀酒酵母和扣囊復(fù)膜酵母）提供了對腸道損傷的保護(hù)，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(guān)的特征真菌群落 2. MAF促進(jìn)腸道屏障完整性，并誘導(dǎo)CD4+ T細(xì)胞產(chǎn)生IL-22 腸上皮細(xì)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(xì)胞的影響，作者進(jìn)行了MAF小鼠定植實驗和結(jié)腸上皮細(xì)胞的RNA-seq。結(jié)果顯示MAF的腸道定植誘導(dǎo)了不同的轉(zhuǎn)錄譜，與免疫反應(yīng)和細(xì)胞增殖相關(guān)的基因上調(diào)（圖2 A-B）。由于真菌可以誘導(dǎo)強(qiáng)烈的免疫反應(yīng)，我們假設(shè)MAF的保護(hù)作用可能是通過免疫系統(tǒng)介導(dǎo)的。免疫表型結(jié)果顯示RORγt+ Th7細(xì)胞的頻率顯著增加，并產(chǎn)生高水平的效應(yīng)細(xì)胞因子IL-22、IL-17A和IL-17F（圖2 C-H）。  圖2 MAF促進(jìn)腸道屏障完整性，并誘導(dǎo)CD4+ T細(xì)胞產(chǎn)生IL-22 3.MAF的保護(hù)作用由產(chǎn)IL-22的CD4+ T細(xì)胞介導(dǎo) 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(dǎo)了MAF對腸屏障功能的保護(hù)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(hù)作用（圖3 F-G）。結(jié)腸中ILC3細(xì)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(dǎo)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(xì)胞介導(dǎo)了MAF的保護(hù)作用（圖3 H-J）。  圖3 MAF的保護(hù)作用是由產(chǎn)生IL-22的CD4+ T細(xì)胞介導(dǎo)的 4. MAF對鼠檸檬酸桿菌誘導(dǎo)的結(jié)腸炎具有保護(hù)作用 與腸道上皮的保護(hù)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(yán)重程度和腸道病原體負(fù)擔(dān)（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(yán)重程度，還會導(dǎo)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(hù)作用與IL-22相關(guān)，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(dǎo)的結(jié)腸炎具有保護(hù)作用 5. MAF促進(jìn)小鼠的社會行為 最近的研究表明，與行為變化相關(guān)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(dǎo)的細(xì)菌生態(tài)失調(diào)模型發(fā)現(xiàn)MAF定植不影響重復(fù)、焦慮和強(qiáng)迫相關(guān)的行為。但在三室社會試驗中，MAF定植促進(jìn)小鼠的社會行為（圖5 A-F），且與抗生素造成的細(xì)菌群落耗竭無關(guān)（圖5 G-J）。  圖5 在三室社會試驗中，MAF促進(jìn)小鼠的社會行為 6. 神經(jīng)元中IL-17Ra信號介導(dǎo)MAF誘導(dǎo)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(guān)重要的作用，其中各種細(xì)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(dá)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(jìn)了小鼠的社會行為。  圖6 神經(jīng)元中IL-17Ra信號介導(dǎo)MAF誘導(dǎo)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(xué)進(jìn)行了表征，并確定了與小鼠和人類腸粘膜相關(guān)的真菌子集。MAF可增強(qiáng)腸上皮功能并保護(hù)小鼠免受腸道損傷和細(xì)菌感染，特定MAF的腸道定植促進(jìn)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(xì)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(dǎo)介導(dǎo)的。因此，腸道菌群的空間組織，與宿主保護(hù)性免疫和上皮屏障功能相關(guān)并且可能是通過互補(bǔ)的17型免疫機(jī)制對小鼠行為進(jìn)行神經(jīng)免疫調(diào)節(jié)的驅(qū)動因素。 |
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