科研 | Science:Lactobacillus reuteri 诱导肠上皮内的CD4+CD8αα+T细胞
一、导读
肠道微生物群可促进免疫系统的成熟和功能。几种细菌类群促进初始T细胞的分化:Segmented filamentous bacteria(SFB)使CD4+ T细胞向T辅助细胞17(TH17)分化,Clostridiaclusters IV和XIVa促进CD4+调节性T细胞(Treg)分化,Bacteroidesfragilis(脆弱拟杆菌)和Faecalibacteriumprausnitzii诱导分泌白细胞介素-10(IL-10)的CD4+ T细胞。在小肠上皮细胞中含有CD4+ CD8+ T细胞受体(TCR)αβ T细胞的特殊细胞群[称为双阳性的上皮内淋巴细胞(DPIEL)。DP IEL起源于固有层CD4+ T细胞,包括但不仅限于Treg;与Tregs互补发挥调节功能并促进对饮食抗原的耐受性。当到达上皮时,这些细胞通过下调Thpok、上调Runx3和T-bet重新激活CD8+T细胞,该过程部分依赖于转化生长因子-β(TGFβ),维甲酸,干扰素-γ(IFN-γ)和IL-27的作用。无菌(GF)小鼠中缺乏DPIELs,表明肠道微生物群是其分化所需的,但所需的细菌类别和代谢物是未知的。
二、论文ID
原名:Lactobacillus reuteri induces gut intraepithelial CD4+CD8αα+ T cells
译名:Lactobacillus reuteri诱导肠上皮内的CD4+CD8αα+T细胞
期刊:Science
IF:37.205
发表时间:2017年
通讯作者:Marco Colonna
通讯作者单位:华盛顿大学医学院病理与免疫学系
三、实验结果
1、DP IEL是由微生物诱导的
在专门研究机构(SRF)出生的小鼠中含有大量的DPIEL(DP +),而来自临床科研大楼(CSRB)的小鼠体内DPIELs基本可忽略或不存在(DP-)。与此一致的是,SRF小鼠的转录因子Thpok的表达水平低(Thpoklo),而CSRB小鼠缺乏CD4+Thpoklo IELs。用SRF而不是CSRB动物的粪便或回肠微生物群灌胃后,在CSRB小鼠中会出现DPIELs。因此,SRF小鼠中的微生物群可能含有能够诱导DP IEL的分类群。
各代小鼠检测结果表示,DP+和DP-表型是垂直遗传的。共笼饲养和用CR回肠或粪便微生物群定植JAX小鼠后, CR的DP +表型可横向转移给JAX小鼠。用万古霉素,新霉素,氨苄青霉素和甲硝唑(VNAM)治疗CR小鼠,其中氨苄青霉素和万古霉素的目标是革兰氏阳性菌,单独使用亦可消除DPIEL;用靶向革兰氏阴性细菌的新霉素处理则会导致DP IEL轻微增加;而甲硝唑对DPIELs没有影响。因此,推断DP IEL是由新霉素抗性的革兰氏阳性细菌类群诱导。
图1 特定的微生物组分诱导双阳性上皮内淋巴细胞(DP IEL)
2、Lactobacillus reuteri诱导DP IEL
为了鉴定诱导DPIEL的细菌类群,对CR和JAX小鼠以及新霉素处理和未处理的CR小鼠回肠中的16S rRNA基因进行扩增子测序。
结果发现:有6种OTUs富集于新霉素处理之后的CR中。这些OTU包括Lactobacillus reuteri和BacteroidalesS24-7系的5种。1.Lactobacillus reuteri存在于CR对照小鼠以及用新霉素或甲硝唑处理的CR小鼠的回肠中,但不存在于氨苄青霉素和万古霉素处理的CR小鼠中。
2株Lactobacillus reuteri(WU和100-23)在JAX小鼠定植后诱导产生DP IEL(图2B),而L.johnsonii,L.murinus(图2C)和各种拟杆菌属(图2D)不能诱导DP IEL。DP IEL在GF动物的小肠中不存在。对GF小鼠同时接种L. reuteri(WU)和JAX小鼠的回肠微生物群可诱导DPIEL,而单独接种JAX回肠微生物群是没有作用的。仅接种Lactobacillus reuteri可使DPIEL略有增加。因此,Lactobacillus reuteri可以诱导DP IEL,但是其他微生物的存在增强了这种诱导效应,可能是因为扩大了固有层和上皮细胞中的CD4 + T细胞。
图2 Lactobacillus reuteri诱导DP IELs
3、DP IEL的特异性是由各种环境和/或自身抗原共同形成的
如果Lactobacillus reuteri抗原可诱导特异性的DP IELs,那么这些细胞表达半克隆的TCR αβ抗体库,类似于SFB特异性的TH17细胞。
结果发现:DP IEL的TCRVβ与CD4 + IEL的类似,但与初始CD4+ T即(CD4+MLN)细胞不同 (图3A)。单独分析每只小鼠,与MLN相比,DP IEL优先表达Vβ(超过两倍)。表明DP IEL TCR在小鼠与小鼠间的变异性(图3A,B)。CD4+ IEL,CD8+ IEL和DP IEL的TCRα库与初始CD4+ T细胞不同,与T细胞克隆响应特异性抗原的扩展一致(图3C)。DP IEL和CD4+ IEL的TCR谱相似,但是与CD8+ IEL不同(图3D和E),证实了DP IE是从CD4+ IEL分化而来。尽管所有小鼠的初始T细胞的TCR α组分相似,但是每只小鼠的DP IELs和CD4+ IEL的TCRα组分是不同的(图 3F),表明CD4+ IEL和DP IEL的特异性是由各种环境和/或自身抗原,而不是由单一抗原形成的。
图 3 DP IEL在不同的小鼠中具有不同的TCR库
4、L. reuteri菌通过释放AhR配体诱导DP IEL
结果显示,含有L-Trp培养基中,L.reuteri的培养上清液活化了AhR细胞系,而L.johnsonii和L.murinus的上清液没有此效果。在TGFβ存在时,L.reuteri培养上清液可以诱导OTII T细胞的CD8αα+CD4+ T细胞分化(图4B),与AhR激动剂2,3,7,8-tetrachlorodibenzodioxin(TCDD)效果相似。AhR拮抗剂CH223191抑制了CD8αα+CD4 + T细胞分化,证实L.reuteri上清液通过AhR起作用。缺乏功能性芳香族氨基转移酶的L.reuteri ΔArAT的上清液不能刺激AhR报告细胞。虽然该菌株可在JAX小鼠中定植,但不诱导DPIEL。高L-Trp饮食(0.48%)的CR小鼠中DP IEL丰度更高。L. reuteri与复杂的微生物群和L-Trp饮食共同诱导DP IEL。
图4 Lactobacillus reuteri通过在T细胞中激活AhR诱导DP IELs
五 研究结论
研究表明,Lactobacillus reuteri菌和L-Trp吲哚衍生物的饮食,如ILA,可激活AhR,导致Thpok下调并将CD4+ IEL重编程为DP IEL。其他吲哚衍生物可能具有相似的作用。未定义的微生物种类和饮食和/或自身抗原对于扩增CD4+ IEL群体是必需的,CD4 + IEL可转化为DPIEL的多样性TCR库(repertoire)。根据DPIEL完全依赖于单一物种(Lactobacillus reuteri菌)及其色氨酸代谢物这一结论,可以用Lactobacillus reuteri菌作为益生菌搭配色氨酸丰富的食物来治疗由DPIELs改变的相关疾病,如炎症性肠病。
本文由谭迪编译,莫秋芬、江舜尧编辑。