Nature|膽汁酸次級代謝產物促進結腸組織T細胞產生

撰文 | 雪月

腸道免疫平衡依賴於CD4 +調節性T（Treg）細胞的免疫抑制活性。轉錄因子Foxp3的表達是這類細胞的標誌。包括丁酸鹽在內的微生物發酵產物可促進外周誘導的Treg（pTreg）細胞的生成，這些研究也表明代謝產物可塑造結腸免疫細胞群的構成【1】。除了飲食成分外，細菌還修飾宿主來源的多種分子【2】。膽汁酸的細菌轉化體現了這一點，膽汁酸細菌轉化產生了一系列具有多種生理功能的類固醇。

膽汁酸是膽固醇衍生的分子，參與必不可少的生理過程，包括營養吸收、葡萄糖穩態和能量消耗調節。在哺乳動物中，膽汁酸通過小腸中的微生物膽汁鹽水解酶進行普遍的解偶聯。儘管大多數膽汁酸通過腸肝循環轉運回肝臟，但存在一小部分（約5％）在迴腸中不進行重吸收，而是在結腸中進一步發生細菌轉化，從而產生繼發性膽汁酸。

近日，來自美國紀念斯隆·凱特琳癌症中心的Alexander Y. Rudensky課題組在Nature上發表了題為Bacterial metabolism of bile acids promotes generation of peripheral regulatory T cells的文章。該文章發現，次級膽汁酸3β-羥基脫氧膽酸（isoDCA）通過作用於樹突狀細胞（DC）來減弱其免疫刺激特性，從而增加Foxp3誘導作用。

團隊首先在體外篩選了在小鼠和人類體中發現的主要的解離膽汁酸，體外誘導Foxp3的能力。篩選之後發現兩種次級膽汁酸3β-羥基脫氧膽酸（isoDCA）和ω-多酚酸（ω-MCA）具有增加Foxp3+ T細胞的潛力。作者還指出這些解離膽汁酸不能影響促炎型TH17細胞的分化，這也表明次級膽汁酸作用的特異性。與ω-MCA相比，isoDCA在健康成年人的腸道中含量很高（約50μM），並且其生物合成過程得到了探究。

因此，作者將研究重點放在了isoDCA上。作者發現isoDCA促進Foxp3+ T細胞比例增加這個現象，並不能用isoDCA抑制T細胞增殖來解釋。進一步探索發現isoDCA與其他膽汁酸不同，isoDCA具有一種T細胞之外的免疫調節機制。isoDCA促進Foxp3+ T細胞比例增加需要抗原提呈細胞的介導。作者分別用T細胞或者DC細胞特異性敲除膽汁酸受體FXR驗證了這個結論。

接下來作者用轉錄組分析了敲除FXR之後的DC用isoDCA處理之後的變化，結果顯示isoDCA能夠降低多個與抗原加工和提呈相關的、以及與促炎信號識別和轉導相關的基因表達。isoDCA也會誘導負調炎症信號相關的基因表達。利用轉錄分析作者對比了isoDCA作用在DC以及DC中FXR敲除對DC的影響，作者發現FXR的敲除幾乎抵消了isoDCA產生的轉錄抑制。

接下來作者開始探究isoDCA的體內效應。此前已有報導發現由膽酸到isoDCA的過程涉及到兩種細菌：在梭狀芽胞桿菌（Clostridium scindens）中膽酸發生7α-去羥基化，在活潑瘤胃球菌（Ruminococcus gnavus）中發生DCA的3α-羥基化【3】。

作者將來自R. gnavus（Rumgna_00694）的羥基類固醇脫氫酶插入到B. theta中來重建isoDCA的異構化途徑。Rumgna_00694編碼的酶的活性位點包含一個保守的酪氨酸殘基，作者將其更改為苯丙氨酸以構建催化性死亡突變體，作為實驗對照組。而B. theta缺乏1α-脫羥基活性，所以作者將構建的細菌株與C. scindens一起進行實驗。

利用無菌小鼠，將實驗組和對照組構建的工程菌群進行腸道定植，10天以及4周進行檢測。對比實驗組和對照組，作者發現在腸繫膜淋巴結和小腸固有層中RORγt+ pTreg並沒有明顯區別，但是在結腸處此類細胞的數量在能夠正常產生isoDCA的小鼠中一直較高，儘管不是很顯著。為了排除菌株的影響，作者用類似的方法構建了工程菌驗證了這個表型與菌株類型無關。

從DCA到IsoDCA分解過程示意圖

以前有報導揭示Treg可以抑制微生物定植引起的免疫反應，維持腸道菌群的代謝功能。本文反過來發現膽汁酸的腸道菌群代謝產物能夠誘導Treg細胞產生，二者形成複雜的調控網絡維持腸道黏膜免疫反應平衡。先前BioArt已有報導微生物的膽汁酸代謝物調節宿主Treg細胞穩態，本研究則進一步揭示膽汁酸的次級代謝物對Treg的影響，並證明了這一作用是通過抗原遞呈細胞介導的。本文證明了isoDCA限制了DC中FXR的活性，發揮抑炎作用，但是其他膽汁酸受體在這個過程中的作用還有待探究。

製版人：小嫻子

參考文獻

1，Kim, K. S. et al. Dietary antigens limit mucosal immunity by inducing regulatory T cells in the small intestine.Science351, 858–863 (2016).

2，Furusawa, Y. et al. Commensal microbe-derived butyrate induces the differentiation of, colonic regulatory T cells.Nature504, 446–450 (2013).

3，Ridlon, J. M., Kang, D. J. & Hylemon, P. B. Bile salt biotransformations by human intestinal, bacteria.J. Lipid Res.47, 241–259 (2006).