Immunity：菌群研究里程碑，可有效筛选供者菌群

文章思路：肠道微生物菌群的重要性→粪便移植手术对多种疾病治疗的可行性→粪便移植手术治疗炎症性肠病→如何有效筛选供者菌群→找到了一种判定的方法：菌群对T细胞亚群比例的影响与对炎症性肠病的治疗效果相关

• 小鼠模型：
• 无菌小鼠肠道菌群移植→判定菌群对肠道T细胞亚群比例的影响
• 转移性肠炎小鼠肠道菌群移植→判定菌群的治疗效果
• 文章亮点：普通的肠道菌群测序无法区分健康人与患者菌群，肠道菌群对无菌小鼠Foxp3+ Treg频率的影响也无法区分健康人与患者菌群，而菌群移植后无菌小鼠肠道中RORγt+ Treg/Th17的比例可以反映菌群的治疗效果。

近年来，关于肠道微生物的研究越来越深入，这些居于我们体内的小小生物变得越发神乎其神起来。它们不仅帮助我们制造必需的维生素、消化吸收营养物质，参与病原体的识别与免疫应答，甚至能够影响我们的饮食习惯、精神状态乃至寿命长短。科学界普遍认为，肠道菌群参与炎症性肠病以及肥胖等代谢性疾病的发生。不良的肠道健康与肥胖、2型糖尿病、心脏病、炎症性肠病等都有密切关系。

健康的肠道菌群对于人体至关重要。当肠道中的微生物失调时，可能会引发多个系统的疾病。多年来，人们尝试各种方法为肠炎的严重程度进行分级，并试图提出各种各样的治疗方法，但均未取得重大突破。

除遗传因素外，肠道菌群被认为是炎症性肠病（IBD）的另一主要诱因，但由于肠道菌群高度的复杂性和个体差异性，我们难以界定“失调”菌群，如果可以将复杂的微生物群清晰化分为“共生菌”与“失调菌”，就能更好地判断微生物群-宿主稳态是否被打破，同时可进一步完善IBD患者粪便移植（FMT）的治疗方案。

由于许多疾病与肠道微生物失调有关，很多科学家便想到，那改变患者肠道中的菌群种类是不是就能够治疗疾病呢？于是，粪便移植便出现了，粪便移植（FMT）是一种通过重建肠道菌群来治疗疾病的方法。即把经过处理的健康人的粪便液，灌到患者肠道内，历史上第一个有英文文字记载案例使1958年美国医生用粪水挽救感染垂死的患者。

虽然听起来粪便移植的原理很容易理解，但是，我们该如何选择粪便移植的供者呢？显而易见的是，不同的供者的粪便菌群是很不一样的，哪些供者的粪便合适做移植呢？我们又该采取一个怎样的方法来判断呢？有没有什么合适的观测手段呢？

针对该问题，本文作者Britton等，将炎症性肠炎患者和健康人的肠道菌群移植给无菌小鼠和结肠炎易感小鼠，并检测了移植后肠道T细胞群的变化。结果表明，在向无菌（GF）小鼠移植菌群后，检测组织中驻留的T细胞亚群可能是判定某菌群对炎症性肠炎（IBD）治疗是否有效的判断依据。

首先，我们来看一些背景知识：

• Th17是由细胞因子介导的炎性细胞，在结肠炎的炎性过程中发挥重要作用。Th17细胞分泌IL-17A、 IL-17F和IL6等细胞因子，转录因子孤独受体γt（RORγt）是控制Th17分化的特异性转录因子。Th17即常说的促炎细胞。
• Treg：主要作用免疫负调节，抑制免疫系统对自身和外来抗原的应答，维持免疫耐受和免疫稳态。插头翼状旋转转录因子（Foxp3）是调控Treg细胞的关键转录因子，是Treg细胞的特异性标志。Treg细胞可以限制抗感染效应细胞的过度应答，即常说的抑炎细胞。

Britton等收集了健康人与两组IBD患病人群的粪便标本/菌群。IBD样本取自溃疡性结肠炎（UC）和克罗恩病（CD）的活动期和缓解期。16S rRNA测序结果显示，健康人与两组IBD患者的菌群结构无显著差异。

单纯地分析菌群难以发现差异，作者又研究了GM小鼠对不同来源菌群的免疫反应。

将这些健康人和IBD菌群样本定植入小鼠肠道，并评估黏膜免疫应答。结果显示：来自IBD病人的菌群诱导产生Th17的能力更强。但虽然如此，两种小鼠均不产生明显的疾病表型。

除了效应T细胞（Th）分化外，肠道微生物定植被认为能够使表达Foxp3+的调节性T细胞（Treg）亚群扩增。令人惊奇的是，Britton等发现，来自健康人和IBD患者的微生物群均能以相同方式扩大Foxp3+ Treg细胞，同时与RORγt+ 效应性T细胞频率无相关性。因此，微生物定植所诱导的总的Foxp3+ Treg细胞数目并不能预测该微生物菌群是“健康的”还是“失调的”。

Foxp3+ Treg可来源于胸腺或自组织中的naïve T细胞原位分化。两种来源的Treg细胞具有相同的表面标志物。而Britton通过Foxp3与RORγt共表达及Ikaros家族成员Helios（lkzf2）缺失，使他们能够区分一群仅在肠道共生菌定植后诱导的Treg亚群。

尽管存在一些变异，但来自健康人而非IBD病人的微生物组能够在肠道固有层中诱导更高平均频率的RORγt+ Treg细胞，无论是通过粪浆移植还是培养后的细菌移植。

这些发现表明，微生物组诱导的RORγt+ Treg细胞在结肠炎中起保护作用，还可以在菌群失调时提高胸腺来源的Treg细胞的比例（Foxp3+ Treg），这就解释了为什么不同菌群移植组总Foxp3+ Treg细胞数目无差异。

移植了 IBD患者菌群的小鼠，高表达共刺激受体的树突状细胞（DC细胞）能使诱导型Treg细胞数目降低。

接着，作者用小鼠结肠炎模型来进行验证。

Rag-/-小鼠是T、B淋巴细胞均缺陷的常用免疫缺陷小鼠，在免疫原性菌群和体外输注T细胞同时存在的情况下，才可诱导产生结肠炎疾病模型。

作者发现，移植IBD患者菌群的Rag缺陷小鼠表现出一系列肠炎疾病表征，包括：体重降低、细胞浸润组织等。且移植IBD粪便菌群的小鼠的结肠炎比移植健康供体菌群的小鼠更严重。

而且，作者还发现IBD菌群组诱导更多的Th17细胞和一群高度促炎的共表达IL-17和干扰素IFN-γ的T细胞亚群；只有很少的Foxp3+ Treg细胞被诱导产生，约一半共表达RORγt。但是，在这些情况下作者们并未发现健康受试者与IBD患者的差异。

最后，作者试图了解CD4+T细胞反应的变化，我们观察到在Rag TCT小鼠中，结肠炎的严重程度与GATA3+Th或Foxp3+Treg细胞无关。但B6小鼠结肠和回肠RORgt+Th细胞的比例与同一菌群的RAGTCT小鼠结肠炎的严重程度呈正相关。这就说明B6小鼠中RORgt+Treg细胞的诱导数量与RagTCT小鼠结肠炎的严重程度呈负相关。

最后，Britton等通过逻辑模型研究了未造模无菌小鼠中辅助性T细胞应答的参数与疾病严重程度及人类微生物组供者的健康程度。结肠RORγt+Th细胞的比例具有合理的预测价值（AUC=0.71），但结肠RORγt+Treg细胞的比例则更具信息性（AUC=0.92）。

T细胞移植后6周的结肠炎严重程度也可以高度预测供体的健康状况（AUC=0.93）。我们发现，当在稳态条件下诱导的结肠RORγt+Treg细胞比例和第6周RagTCT小鼠结肠炎严重程度合并在逻辑模型中，预测能力最佳（AUC=0.95）。也就是说，相对Th细胞，RORγt+细胞的数量对于预测人类微生物组供者的健康程度是最有效果的。

因此，Britton等人的研究，不仅表明了IBD微生物群的跨物种可转移性，同时也提出了一种评估复杂的人类微生物组结肠炎易感性的方法学——诱导性RORγt+ Treg细胞频率。

这些结果也同之前的研究达成一致——RORγt+ Treg细胞在T细胞转移结肠炎模型中有优越的抑制性；在Foxp3+ Treg中敲除RORγt可在不同的化学诱导结肠炎模型中增强疾病评分。此外，当给小鼠定植潜在致病菌——肝螺杆菌时，只要宿主能够诱导产生抗原特异性的RORγt+ Treg细胞就不会导致肠道炎症。此研究进一步强化了RORγt+ Treg在微生物耐受中的重要性，同时为筛选粪便移植手术的潜在人类微生物组供者提供了可能。对理想微生物组供者的鉴定是当前实现IBD患者粪便移植手术的主要瓶颈之一。

该文全文总结如下图所示——

来自IBD供体的与人类微生物群的异种定植于成年无菌小鼠，导致回肠和结肠固有层中的RORγt+ Th17（和GATA3+ Th2）效应细胞频率增强，并导致结肠炎易感小鼠的疾病严重性增强。

从健康和IBD供体收集的微生物群用一种相似的方式导致体外无菌小鼠肠道中Foxp3+Treg细胞总数增加。从健康人群采集的微生物组一般可在回肠和结肠固有层诱导更高频率的RORγt+ Foxp3+ Treg细胞产生，从而阻止疾病加剧。

这些结果无关于粪便样品采集于溃疡性结肠炎还是克罗恩病患者，也无关于疾病处于恢复期还是活跃期。微生物定植后，小鼠肠道RORγt+Foxp3+ Treg细胞及Th17细胞的频率对人类微生物供体的疾病状况有良好的预测性。

在未来的研究中，小鼠与人类RORγt+ Treg细胞诱导的调节机制将会成为热点。同时，对RORγt+ Treg细胞产生及功能存在潜在影响的遗传易感基因位点的发现将有助于我们对于IBD病理生理学的理解。

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