Nature | 胆汁酸次级代谢产物促进结肠组织Treg细胞产生

来源：BioArt

撰文 | 雪月

肠道免疫平衡依赖于CD4 +调节性T（Treg）细胞的免疫抑制活性。转录因子Foxp3的表达是这类细胞的标志。包括丁酸盐在内的微生物发酵产物可促进外周诱导的Treg（pTreg）细胞的生成，这些研究也表明代谢产物可塑造结肠免疫细胞群的构成【1】。除了饮食成分外，细菌还修饰宿主来源的多种分子【2】。胆汁酸的细菌转化体现了这一点，胆汁酸细菌转化产生了一系列具有多种生理功能的类固醇。

胆汁酸是胆固醇衍生的分子，参与必不可少的生理过程，包括营养吸收、葡萄糖稳态和能量消耗调节。在哺乳动物中，胆汁酸通过小肠中的微生物胆汁盐水解酶进行普遍的解偶联。尽管大多数胆汁酸通过肠肝循环转运回肝脏，但存在一小部分（约5％）在回肠中不进行重吸收，而是在结肠中进一步发生细菌转化，从而产生继发性胆汁酸。

近日，来自美国纪念斯隆·凯特琳癌症中心的Alexander Y. Rudensky课题组在Nature上发表了题为Bacterial metabolism of bile acids promotes generation of peripheral regulatory T cells的文章。该文章发现，次级胆汁酸3β-羟基脱氧胆酸（isoDCA）通过作用于树突状细胞（DC）来减弱其免疫刺激特性，从而增加Foxp3诱导作用。

团队首先在体外筛选了在小鼠和人类体中发现的主要的解离胆汁酸，体外诱导Foxp3的能力。筛选之后发现两种次级胆汁酸3β-羟基脱氧胆酸（isoDCA）和ω-多酚酸（ω-MCA）具有增加Foxp3+ T细胞的潜力。作者还指出这些解离胆汁酸不能影响促炎型TH17细胞的分化，这也表明次级胆汁酸作用的特异性。与ω-MCA相比，isoDCA在健康成年人的肠道中含量很高（约50μM），并且其生物合成过程得到了探究。因此，作者将研究重点放在了isoDCA上。作者发现isoDCA促进Foxp3+ T细胞比例增加这个现象，并不能用isoDCA抑制T细胞增殖来解释。进一步探索发现isoDCA与其他胆汁酸不同，isoDCA具有一种T细胞之外的免疫调节机制。isoDCA促进Foxp3+ T细胞比例增加需要抗原提呈细胞的介导。作者分别用T细胞或者DC细胞特异性敲除胆汁酸受体FXR验证了这个结论。

接下来作者用转录组分析了敲除FXR之后的DC用isoDCA处理之后的变化，结果显示isoDCA能够降低多个与抗原加工和提呈相关的、以及与促炎信号识别和转导相关的基因表达。isoDCA也会诱导负调炎症信号相关的基因表达。利用转录分析作者对比了isoDCA作用在DC以及DC中FXR敲除对DC的影响，作者发现FXR的敲除几乎抵消了isoDCA产生的转录抑制。

接下来作者开始探究isoDCA的体内效应。此前已有报道发现由胆酸到isoDCA的过程涉及到两种细菌：在梭状芽胞杆菌（Clostridium scindens）中胆酸发生7α-去羟基化，在活泼瘤胃球菌（Ruminococcus gnavus）中发生DCA的3α-羟基化【3】。作者将来自R. gnavus（Rumgna_00694）的羟基类固醇脱氢酶插入到B. theta中来重建isoDCA的异构化途径。Rumgna_00694编码的酶的活性位点包含一个保守的酪氨酸残基，作者将其更改为苯丙氨酸以构建催化性死亡突变体，作为实验对照组。而B. theta缺乏1α-脱羟基活性，所以作者将构建的细菌株与C. scindens一起进行实验。利用无菌小鼠，将实验组和对照组构建的工程菌群进行肠道定植，10天以及4周进行检测。对比实验组和对照组，作者发现在肠系膜淋巴结和小肠固有层中RORγt+ pTreg并没有明显区别，但是在结肠处此类细胞的数量在能够正常产生isoDCA的小鼠中一直较高，尽管不是很显著。为了排除菌株的影响，作者用类似的方法构建了工程菌验证了这个表型与菌株类型无关。

从DCA到IsoDCA分解过程示意图

以前有报道揭示Treg可以抑制微生物定植引起的免疫反应，维持肠道菌群的代谢功能。本文反过来发现胆汁酸的肠道菌群代谢产物能够诱导Treg细胞产生，二者形成复杂的调控网络维持肠道黏膜免疫反应平衡。先前BioArt已有报道微生物的胆汁酸代谢物调节宿主Treg细胞稳态（Nature | 微生物的胆汁酸代谢物调节宿主肠道特异Treg细胞的稳态；Nature | 胆汁酸代谢物调节Th17和Treg细胞分化），本研究则进一步揭示胆汁酸的次级代谢物对Treg的影响，并证明了这一作用是通过抗原递呈细胞介导的。本文证明了isoDCA限制了DC中FXR的活性，发挥抑炎作用，但是其他胆汁酸受体在这个过程中的作用还有待探究。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-020-2193-0

参考文献