IBD状况影响无菌小鼠免疫系统适应性

2023-11-16 理论教育版权反馈

【摘要】：非IBD孕产妇/婴儿粪便和未接种的GFM作为对照。此外，发现适应性免疫系统中的差异表现出一致且可重复性。而Proteobacteria常常与肠道炎症密切相关，这其中包括了与IBD的关联。剖宫产和抗生素的使用在怀孕及婴儿早期时间段会增加婴儿日后患IBD的风险，而婴儿期母乳哺育的方式能够避免IBD的发展，甚至避免病变。

首先比对了接种了产孕妇及其婴儿粪便的GFM的粪便中，总体细菌丰度（β–多样性）变化，并探究了产孕妇IBD状况（P＝0.0001和P＝0.003）引起的显著差异。之后，将接种了产孕妇或婴儿粪便 GFM 肠道内T细胞、B细胞、树突细胞以及ILCs进行特征性子集分类。非IBD孕产妇/婴儿粪便和未接种的GFM作为对照。由于小肠及大肠的黏膜固有层表现出良好的一致性，因此把分析目标只专注于结肠黏膜固有层。在脾脏、集合淋巴结及肠系膜淋巴结之间并未检测到显著差异，在定植了IBD孕产妇及其婴儿粪便样本和非IBD接种的对照之间的GFM中，并未观察到树突细胞（DC）子集或ILCs到的变异。淋巴细胞中，虽然没有检测到总体T细胞以及CD4＋T细胞有差异，但接种了IBD孕产妇粪便样本的小鼠，其肠系膜淋巴结中CD19＋B细胞有显著下降。

此外，发现适应性免疫系统中的差异表现出一致且可重复性。具体来看，接种了CD孕产妇及其3个月大婴儿粪便样本的小鼠，其结肠黏膜固有层中class-witched记忆B细胞（活的CD45＋CD19＋CD138－IgDIgM－细胞）比例相比于对照组小鼠，表现出显著降低（P＜0.05）（图6-2-4A）。在接种了CD环境下婴儿粪便样本的小鼠肠系膜淋巴结（MLN）中观察到了相似的结果，但源于CD孕产妇的粪便样本并未出现相似结果。在转化记忆B细胞中，内稳态的IgA＋转化记忆B细胞在定植了CD孕产妇或其婴儿粪便样本后小鼠的结肠LP处，呈显著下降（P＜0.01），但MLN处并无变化（图6-2-4B）。在接种了CD或非CD粪便的小鼠中，IgA＋浆细胞或者粪便中IgA水平无显著差异。相比于对照，接种了CD孕产妇粪便样本的小鼠，在结肠LP（P＜0.05）和MLN（P＜0.05）处的调节性T细胞（TREG，活的CD45＋CD3＋CD8－CD4＋Foxp3＋细胞）频率降低；接种了孕产妇（已诊断为CD）及其婴儿粪便样本的小鼠并未表现出差异（图6-2-4C）。

pagenumber_ebook=181,pagenumber_book=177

图6-2-4　接种了CD孕产妇及其3个月大婴儿粪便样本的无菌小鼠，其适应性免疫细胞相比于非CD对照表现出显著的异常发育

注：A.分离自无菌小鼠结肠黏膜固有层和肠系膜淋巴结（MLN）中的Class-switched转化记忆B细胞（aqua－，CD45＋CD19＋CD138－IgD－gM－），这些无菌小鼠分别接种了非CD，CD孕产妇以及她们3个月大婴儿（非CD或CD婴儿）的粪便样本。累计数据表明活的CD19＋CD138－B细胞中的class-switched转化记忆B细胞在结肠黏膜固有层或肠系膜淋巴结（MLN）中所占百分比。B.累计数据表明活的CD19＋CD138－B细胞中的IgA＋ class-switchedB细胞（aqua－，CD45＋CD19＋CD138－IgD－IgM－IgA＋）在结肠黏膜固有层或肠系膜淋巴结（MLN）中所占百分比。C.累计数据表明活的CD45＋CD3＋CD8－CD4＋细胞中的调控T 细胞（TREG）（aqua－，CD45＋CD3＋CD8－CD4＋FoxP3＋）在结肠黏膜固有层或肠系膜淋巴结（MLN）中所占百分比。★P＜0.05，★★P＜0.01，★★★P＜0.05。CD，克罗恩病；NS，无显著差异。

研究发现IBD孕妇及产妇的微生物组学特征为，在妊娠前中期呈低α–多样性，妊娠后期相比于对照组妇女呈不同的β–多样性（图6-2-2A、B）。差异主要体现在Bacteroidetes相对丰度的下调以及Proteobacteria相对丰度的上调（图6-2-2C）。具体来看，IBD孕产妇所产婴儿表现出细菌多样性的下降（出生1周），相比于对照组婴儿早期的3个月，表现出肠道细菌总体组成上的差异（图6-2-3A、B）。这些结果与之前文献报道中的多种孕产妇疾病的影响结果相一致，如肥胖、湿疹、HIV以及孕期糖尿病孕妇所产婴儿的微生物组学特征变化。发现早期的微生物变更主要体现在Gamma proteobacteria丰度上升，而Bifidobacterium减少（图6-2-3C–E），这也反映出这些婴儿的母亲，以及成人及儿童时期的IBD患者所存在的一些特定模式。双歧杆菌是婴儿肠道中最早定植的菌种，被认为是有益于宿主的细菌，能刺激免疫系统趋于成熟，同时抵御肠道病原菌。有研究表明，双歧属能够保护并缓解结肠炎，在IBD患者中多种双歧杆菌混合使用对于特定的位点有不俗的疗效。而Proteobacteria常常与肠道炎症密切相关，这其中包括了与IBD的关联。(www.chuimin.cn)

在每一个时间点上可以看到，孕产妇IBD状况是影响婴儿菌群结构组成的主要且最直接因素，其他因素诸如分娩模式、喂养方式、抗生素使用、早产等也能够影响整体菌群结构组成，但并非主要因素。剖宫产和抗生素的使用在怀孕及婴儿早期时间段会增加婴儿日后患IBD的风险，而婴儿期母乳哺育的方式能够避免IBD的发展，甚至避免病变。而且，有研究表明IBD妇女所产婴儿中，母乳哺育方式伴随着相对更高丰度的双歧杆菌。孕期以及早期生活是一个关键时期，这个时期的微生物和特定的微生物代谢物是免疫系统发育成熟的基础物质和必要条件。因此，为了评估观察中的IBD相关联失调的功能性结果，将对应的孕产妇（有或者没有CD）及她们婴儿的粪便样本接种于无菌小鼠，发现CD特征基础上的小鼠，其微生物组成结构有显著地不同。有趣的是，妊娠后期CD孕妇的微生物组接入无菌小鼠后，造成了免疫系统原始稳态的破坏，伴随着结肠处FoxP3＋TREG和记忆B细胞数量显著下降，而相比于对照组小鼠，MLN处的FoxP3＋TREG也出现了下降（图6-2-4）。此外，CD孕产妇所生3个月大婴儿的粪便样本也造成了小鼠结肠LP和MLN中转化记忆B细胞数量的下降，TREG在抑制全身和黏膜免疫激活及调控肠道炎症过程中起到了重要作用。类似的，IgA是黏膜表面的主要抗体，对于黏膜内稳态十分重要。IgA与共感细菌的促炎抗原表位的下调相关联，而生物膜的分泌则有助于共生菌的生长，并促使肠道细菌定向作用于M细胞，并伴随着树突细胞成熟、白介素-10产生，以及免疫反应的FcαRI-调控抑制。有研究表明，IBD患者黏膜表层的聚合的IgA产量受损，并伴随着外围IgD－CD27＋B细胞数量的下降（1岁婴儿血液中，由IBD孕妇所产）。前人研究表明，肠道细菌的定植模式很可能影响人体B细胞的成熟，而早期的肠道菌群可能加速其成熟。同时，接种了IBD粪便样本的无菌小鼠，结肠TREG和IgA＋B细胞亚群的频率降低，表明了这两种黏膜免疫系统内稳态的关键因素可能与IBD引发的生态失调有关。

研究结果表明，生命早期环境、微生物组学与未来IBD发展状况之间存在潜在联系，早期的微生物组结构的异常对于敏感期的免疫系统发育与成熟有直接影响，特别是生命早期细菌多样性较低是很多疾病（如哮喘、过敏）发展和病变的先兆。考虑到IBD诊断中肠道菌群所扮演的中心角色，认为本研究中观察到的模式至少能够部分解释除了已确定的共同遗传风险之外IBD在后代中的患病风险。

本研究的优势在于涵盖了独特的前瞻性群组，即孕产妇（有或者无IBD）和其婴儿，进行连续采样和数据分析，首次研究了孕产妇和早期生命环境中微生物组学上的急剧变化。但本研究的缺陷在于没有办法修正所有潜在的干扰因素，如IBD类型、疾病位点、活性、并发症、药物治疗及其他的IBD相关变量（可能影响微生物组的因素）。少量的婴儿因为使用抗生素和独家配方奶，因此无法进一步评估这些环境因素之间的相互作用与影响，很可能这些因素会影响婴儿肠道菌群的定植。又因并不能使用婴儿的血液，故而采用验证模型无菌小鼠（GFM）来预测失衡下的微生物组对于免疫相关联结果的影响。在动物模型中，阐明了CD患者粪便在健康小鼠中所诱发的肠道微生物组和免疫学变化。然而，CD相关联生态失调对于结肠炎敏感性的影响并不能推测是否有绝对的关联，同时也不能推测并决定出引起这些观察到的结果的潜在病理生理学机制，未来仍需要进一步的研究来探究在鼠类黏膜炎症中所看到的显性结果。最后，虽然清晰地观察到了适应性免疫系统内的可再生变化，但是在先天免疫细胞中并没有确定存在相同的变化。而敏感性缺乏、炎症较轻或者替代细胞子集内不同变化可能是造成这些不同现象的原因。

总体而言，采用前瞻性队列研究，发现孕产妇的IBD情况与其婴儿菌群结构的变化具有密切关联。此外，患有CD的孕产妇及其婴儿菌群结构，其所对应的免疫系统发育呈不平衡态，且在人源小鼠中表现出决定性内稳态因素的缺乏。通过评估这些关键因素对患有IBD的妇女及其婴儿微生物组特征的影响和改变，最终可以为IBD诊断开发出新策略以及为该疾病的新型预防和治疗方式提供新思路。

（李兆龙）

IBD状况影响无菌小鼠免疫系统适应性

相关推荐