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CNS精读:一文看懂免疫调节分子的研究思路

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甘露糖是葡萄糖的同分异构体,C-2 位羟基差向异构体,体内可与葡萄糖相互转换。甘露糖天然存在于许多植物和水果中,在人体血液中浓度不到葡萄糖浓度的五十分之一。

国自然申报无方向?甘露糖了解一下!(一),我们解读了《Nature》上的一篇有关甘露糖抗肿瘤的研究。并提出了一下五点思考:

今天我们精读的这篇是有关甘露糖与自身免疫病的,发表在2017年《自然·医学》(Nature Medicine, IF 32.62)杂志上(PMID:28759052),由美国国立卫生研究/NIH、四川华西医院、山东大学和南京鼓楼医院的研究人员共同完成。

TGF-β能在多克隆刺激情况下,促进初始T细胞中Foxp3的表达,促进它转化为具有免疫负调节的Treg细胞(regulatory Tcell)。FoxP3其特征性结构为蛋白C端的叉头螺旋(fork head winged helix)结构,DNA结合结构域,是决定调节性T细胞(Treg)发育、分化及功能的关键转录因子,对维持Treg细胞的免疫抑制活性至关重要的作用

体外培养小鼠CD4+CD25−初始T细胞,培养基添加甘露糖和其他糖类做为对照。结果显示,D-甘露糖可增加Foxp3的表达,抑制初始T细胞的增殖,增强向Treg的转化。小鼠体内实验观察到了同样的现象。表明D-甘露糖可以提高体内Treg细胞的水平

通过输注CD4+CD45RBhi-T细胞到Rag1−/−小鼠(免疫缺陷小鼠),诱导产生小鼠结肠炎模型。随后对比有或没有输注以下三种细胞后的结肠炎发病情况

  1. D-甘露糖诱导产生的Treg细胞
  2. TGF-β1诱导产生的Treg细
  3. CD4+CD25+Treg细胞

这三种Treg细胞均可有效抑制结肠炎症,提示甘露糖诱导的Treg细胞具有抑制能力。

实验结果显示Fos/TGFβ通路Smad/TGFβ通路中FosS和mad7 mRNA增加,证明D-甘露糖的治疗可增强TGF-β信号转导。药物或抗体封锁TGF-β信号后,可抵消D-甘露糖引起的Treg细胞和Foxp3mRNA的增加。

TGFβ缺陷小鼠,甘露糖刺激Treg转化失败;Smad/TGFβ通路中Smad3缺陷小鼠,甘露糖刺激Treg生成量严重减少。体内试验也证明,输注抗TGFβ抗体可以抵消甘露糖引起的Treg细胞增加。

综上,体外细胞培养和体内试验均证明甘露糖诱导Treg细胞分化需要TGFβ的参与。进一步对于发现,单独的活性TGFβ作用很小,TGFβ1和潜在相关蛋白(latentassociated protein /LAP)联合才能明显刺激Treg分化。

已有研究表明整合素αvβ8和ROS(活性氧)参与TGF-β激活免疫细胞,该研究发现 d-甘露糖可刺激CD4+T幼稚细胞中Itgav和Itgb8 mRNA表达增加。体外整合素β8缺陷的T细胞甘露糖刺激效果明显降低甘露糖的刺激可显著增加细胞内ROS的产生,封闭ROS可显著减弱甘露糖的刺激效果。整合素αvβ8和ROS均参与甘露糖诱导的Treg生成,且是两条相互独立的途径。

  1. 无糖培养基中添加葡萄糖或甘露糖,检测细胞外酸化率发现,甘露糖培养基细胞酸化率明显低于葡萄糖,表明糖酵解能力下降。
  2. 分别检测幼稚CD4+在甘露糖和葡萄糖培养下的耗氧量(OCR),甘露糖组OCR明显更高
  3. 同时抑制两组的线粒体脂肪酸转运,发现甘露糖培养细胞的OCR下降,而葡萄糖组的OCR没有出现这种下降,这表明,甘露糖组的 OCR增加的一部分可归因于脂肪酸氧化FAO。

综上,甘露醇培养的T细胞培养优先使用FAO,从而导致较高的活性氧水平ROS,从而导致更多的TGF-β激活。

为了验证甘露糖与自身免疫病之间有无联系,该研究首先构建了Treg缺陷的I型糖尿病小鼠模型,实验组于7.5周龄(此时小鼠模型的血糖水平正常,胰岛略异常的糖尿病前期阶段)时开始在饮水中添加20%的D-甘露糖。

上图中,a:D-甘露糖补充小鼠(黑色圆形)和对照组小鼠(白色圆形)未患糖尿病鼠的数量变化;b:D-甘露糖补充小鼠(下)和对照组小鼠(上)胰岛细胞数量的对比(箭头所指)。

检测小鼠13-14w时的T细胞反应:

  1. D-甘露糖处理小鼠脾脏和胰腺引流淋巴结(DLNs)中CD4+CD25+Foxp3+ Treg细胞频率明显高于未处理小鼠。
  2. 当NOD小鼠一旦达到高血糖指标,即予以甘露糖处理,结果显示可以抑制糖尿病的进展。
  3. 无论是预防(7.5w时给予甘露糖)还是治疗(达到高血糖标准时),在NOD小鼠具表现为:Treg细胞的频率显著增加与TH1细胞和CD8+IFNγ+ T细胞频率的显著降低

为了研究Treg细胞数量的增加是否与d-甘露糖介导的糖尿病抑制有关,研究人员用抗CD25抗体耗尽两组小鼠的CD4+CD25+reg细胞。CD4+CD25+ Treg细胞的耗竭破坏了d-甘露糖对糖尿病发展的保护作用,使得胰岛炎进展以及胰岛数目难以维持,用anti-TGF-β中和内源的TGF-β显示相同的效果。综上:D-甘露糖可以抑制自身免疫性糖尿病(NOD小鼠)的免疫病理反应,Treg细胞和TGF-β均参与其中。

与对照组相比,D-甘露糖处理组:可以预防肺部气道炎症的进展,炎症细胞浸润量明显减少,气道黏液生成减少,炎症白细胞特别是嗜酸性粒细胞明显减少;小鼠肺、脾脏和DLNs中KJ1-26+CD4+Foxp3+ Treg细胞数量显著增加。结论:d-甘露糖可诱导小鼠体内抗原特异性Treg细胞,抑制气道炎症的免疫病理,表明d-甘露糖介导的免疫调节功能广泛。

看完这篇文献之后是否能打开跟多科研思路呢?一下几点思考,抛砖引玉。

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原始发表时间:2018-12-29

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