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Cell | 膳食糖誘導(dǎo)的微生物失調(diào)破壞免疫介導(dǎo)的代謝綜合征保護(hù)

膳食糖誘導(dǎo)的微生物失調(diào)破壞免疫介導(dǎo)的代謝綜合征保護(hù)

Microbiota imbalance induced by dietary sugar disrupts immune-mediated protection from metabolic syndrome

Research Article,2022-8-29,Cell, [IF 66.85]

DOI:https://doi.org/10.1016/j.cell.2022.08.005

第一作者:Yoshinaga Kawano

通訊作者:Ivaylo I. Ivanov

- 摘要 -

目前腸道微生物如何調(diào)節(jié)代謝綜合征尚未研究透徹。作者發(fā)現(xiàn),腸道微生物通過誘導(dǎo)共生特異性Th17細(xì)胞來預(yù)防肥胖、代謝綜合征和糖尿病前期表型的發(fā)生。高脂和高糖飲食通過消耗誘導(dǎo)Th17的微生物促進(jìn)代謝疾病,而恢復(fù)共生Th17細(xì)胞能夠恢復(fù)保護(hù)作用。微生物誘導(dǎo)的Th17細(xì)胞通過IL-17依賴的方式調(diào)節(jié)脂質(zhì)在腸上皮細(xì)胞的吸收,從而起到保護(hù)作用。飲食誘導(dǎo)的保護(hù)性Th17細(xì)胞的喪失由糖介導(dǎo),從高脂飲食中清除糖能夠緩解小鼠的肥胖和代謝綜合征,其方式依賴于共生特異性Th17細(xì)胞。糖和ILC3促進(jìn)了Faecalibaculum rodentium的擴(kuò)增,取代了能夠誘導(dǎo)Th17的微生物。這些結(jié)果闡明了具有導(dǎo)致代謝綜合征風(fēng)險(xiǎn)的飲食和微生物因素。他們還揭示了膳食糖的免疫致病性的微生物依賴機(jī)制,并強(qiáng)調(diào)了飲食、微生物和腸道免疫在調(diào)節(jié)代謝紊亂方面的復(fù)雜相互作用。

- 背景 -

肥胖和代謝綜合征是一種復(fù)雜的生理狀況,可導(dǎo)致許多疾病,包括心血管疾病、中風(fēng)和2型糖尿病。飲食是增加肥胖和代謝綜合征發(fā)病率的一個(gè)主要因素。在人和小鼠中,西式高脂肪飲食(HFD)導(dǎo)致了這一系列事件的發(fā)生,最終引發(fā)肥胖和肥胖相關(guān)的代謝并發(fā)癥,如代謝綜合征和2型糖尿病。雖然我們對(duì)這些疾病的后期病理生理學(xué)了解頗多,但引發(fā)的原因尚不完全清楚。此外,還沒有很好地確定非脂肪膳食成分的作用。例如,飲食中的糖含量是否為代謝綜合征的一個(gè)重要因素,糖驅(qū)動(dòng)代謝紊亂的機(jī)制尚不清楚。腸道是最大的免疫器官,也是飲食抗原與宿主接觸的地點(diǎn)。腸道免疫系統(tǒng)已成為代謝穩(wěn)態(tài)的重要調(diào)節(jié)因子。HFD與腸道炎癥增加有關(guān),可導(dǎo)致內(nèi)毒素血癥和脂肪組織炎癥。高脂飲食增加腸道炎癥的機(jī)制以及介導(dǎo)這些變化的飲食成分尚未明確。此外,粘膜免疫細(xì)胞如何影響飲食誘導(dǎo)的肥胖和代謝綜合征尚不清楚。

CD4+T細(xì)胞在維持組織內(nèi)穩(wěn)態(tài)和指引腸道和其他組織的免疫反應(yīng)中發(fā)揮著核心作用。然而,單個(gè)輔助性T細(xì)胞亞群對(duì)代謝綜合征的貢獻(xiàn)尚不清楚。Th17細(xì)胞可促進(jìn)代謝綜合征相關(guān)的炎癥表型,以及防止肥胖和代謝綜合征。同樣,ILC3和ILC3來源的IL-22在代謝綜合征中發(fā)揮保護(hù)和促進(jìn)作用。因此,免疫細(xì)胞的作用似乎很復(fù)雜,可能與環(huán)境有關(guān)。然而,控制這種功能異質(zhì)性的環(huán)境或其他信號(hào)的性質(zhì)尚不清楚。

微生物是腸道免疫的重要調(diào)節(jié)因子,包括T細(xì)胞和ILC3應(yīng)答。HFD誘導(dǎo)微生物組成的變化在肥胖表型中起著至關(guān)重要的作用。HFD微生物群可以通過增加能量獲取來促進(jìn)代謝綜合征,包括卡路里攝取和腸道脂質(zhì)吸收,或通過誘導(dǎo)腸上皮屏障破壞和內(nèi)毒素血癥,導(dǎo)致脂肪組織炎癥。HFD相關(guān)的微生物群也會(huì)通過調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)來影響代謝綜合征。在代謝綜合征中調(diào)節(jié)宿主免疫的飲食和微生物群,以及相關(guān)的細(xì)胞和分子機(jī)制尚不清楚。

在這里,作者研究了微生物群控制的腸道免疫,特別是3型免疫在早期誘導(dǎo)DIO和代謝綜合征中的作用。作者發(fā)現(xiàn)微生物群誘導(dǎo)的Th17細(xì)胞對(duì)DIO和代謝綜合征具有保護(hù)作用。作者確定了涉及的飲食和微生物群成分,這些成分如何控制誘導(dǎo)Th17細(xì)胞的微生物群,以及它們以依賴性方式控制代謝綜合征的機(jī)制。作者還通過抑制免疫保護(hù)性微生物群,對(duì)糖在代謝疾病中的致病作用提出了另一種解釋。

- 結(jié)果 -

HFD通過破壞誘導(dǎo)Th17的微生物群破壞腸道免疫穩(wěn)態(tài)

為了確定代謝綜合征的起因,作者在脂肪組織發(fā)生炎癥之前的4周檢測(cè)了HFD對(duì)腸道免疫穩(wěn)態(tài)的影響。在小腸固有層(SI LP)中,HFD導(dǎo)致RORγt+Foxp3negTh17細(xì)胞的比例和總數(shù)顯著下降(圖1A和1B),但對(duì)RORγtneg或RORγt+Foxp3+Tregs細(xì)胞沒有影響(圖1D),這表明Th17細(xì)胞的功能性喪失。細(xì)胞因子染色結(jié)果顯示,在HDF喂養(yǎng)的小鼠中,IL-17+Th17細(xì)胞的百分比和總數(shù)降低(圖1E和1F),回腸末端il17轉(zhuǎn)錄水平的降低(圖1G)。同時(shí),HDF喂養(yǎng)還導(dǎo)致了SI LP Th1細(xì)胞比例增加。因此,HFD導(dǎo)致腸道Th17細(xì)胞免疫下降。SI LP Th17細(xì)胞的損失發(fā)生在向HFD過渡的第7天(圖1I),并促進(jìn)固有層Th1細(xì)胞的增加。作者之前的研究表明,在SPF小鼠中,共生微生物,特別是節(jié)段絲狀菌(SFB)誘導(dǎo)了SI LP Th17細(xì)胞。因此,作者研究了HFD是否影響SFB水平。向HFD過渡導(dǎo)致SFB從糞便和回腸黏膜迅速流失(圖1J和1K)。值得注意的是,SFB的丟失先于Th17細(xì)胞的丟失(圖1I和1J)。因此,SI LP Th17細(xì)胞在向HFD轉(zhuǎn)變后的減少發(fā)生在SFB的損失后。為了證實(shí)HFD誘導(dǎo)的SFB損失破壞了SFB特異性Th17細(xì)胞的誘導(dǎo),作者將同源SFB特異性7B8 TCR Tg T細(xì)胞轉(zhuǎn)移到NCD或HFD的SFB陽(yáng)性小鼠中(圖1L)。7B8 CD4 T細(xì)胞在NCD對(duì)照組中擴(kuò)增分化為Th17細(xì)胞(圖1M-O)。相比之下,SFB特異性CD4 T細(xì)胞在HFD喂養(yǎng)的小鼠中沒有擴(kuò)增或生成Th17細(xì)胞(圖1M-O)。這些結(jié)果表明SFB和SFB的T細(xì)胞抗原在過渡到HFD后都丟失了。綜上所述,HFD能夠使誘導(dǎo)Th17細(xì)胞的微生物快速喪失,從而導(dǎo)致穩(wěn)態(tài)平衡和Th17細(xì)胞在代謝綜合征發(fā)生前的缺失。

圖1 HFD通過破壞誘導(dǎo)Th17的微生物群破壞腸道免疫穩(wěn)態(tài)

微生物誘導(dǎo)的Th17細(xì)胞保護(hù)代謝綜合征

Th17細(xì)胞和ILC3都參與了對(duì)代謝綜合征的保護(hù)并被SFB調(diào)控。因此,作者研究了Th17細(xì)胞和ILC3在代謝綜合征中的作用的差異。作者建立了一個(gè)小鼠模型,在該模型中ILC3的發(fā)育被選擇性地?fù)p傷,同時(shí)保留了T細(xì)胞池。RORγ-STOP-flox(STOP)小鼠同時(shí)缺失ILC3與Th17細(xì)胞,STOP/CD4-Cre(STOP/CD4)小鼠具有Th17分化功能但缺失ILC3。SFB陰性STOP、STOP/CD4和WT同窩小鼠定植SFB并HFD喂養(yǎng)。在過渡到HFD后,WT小鼠仍然迅速丟失SFB。相比之下,在ILC3缺失小鼠中,HFD并沒有導(dǎo)致SFB的丟失(STOP或STOP/CD4) (圖2A及2B)。這表明ILC3是HFD介導(dǎo)的SFB丟失所必需的。不考慮SFB的情況下,HFD喂養(yǎng)的STOP小鼠不產(chǎn)生Th17細(xì)胞(圖2C及2D)。相比之下,SFB定植的STOP/CD4小鼠即使在HFD喂養(yǎng)下也能保持高水平的SI LP Th17細(xì)胞(圖2C)。正如預(yù)期的那樣,SFB陰性的STOP/CD4小鼠缺乏SI LP Th17細(xì)胞(圖2D)。接下來,作者比較了ILC3/Th17缺陷的STOP小鼠和ILC3缺陷/Th17充足的STOP/CD4小鼠DIO和代謝綜合征的發(fā)生情況。在SFB缺失誘導(dǎo)的Th17細(xì)胞缺失的情況下(圖2D),兩種ILC3缺陷小鼠均表現(xiàn)出體重增加(圖2E)和代謝綜合征表型,例如胰島素抵抗和葡萄糖耐受增加(圖2F及2G)。此外,ILC3缺失的STOP和SFB陰性的STOP/CD4小鼠的體重增加和代謝綜合征表型略有增加,但與WT對(duì)照組相比顯著增加(圖2E-2J)。在SFB Th17細(xì)胞存在的情況下(圖2C),STOP/CD4小鼠類似于NCD喂養(yǎng)的WT對(duì)照組,并沒有DIO,包括體重增加(圖2H),以及與代謝綜合征相關(guān)的糖尿病前期表型(圖2I和2J)。除了維持SI LP Th17細(xì)胞外(圖2C),他們的肝臟病理還降低,包括減少細(xì)菌易位和Tnfa轉(zhuǎn)錄(圖2K和2L)。因此,STOP/CD4小鼠對(duì)DIO和代謝綜合征的保護(hù)與SFB誘導(dǎo)的Th17細(xì)胞的存在相關(guān)。

為了證實(shí)CD4 T細(xì)胞介導(dǎo)的保護(hù)作用,作者使用CD4抗體清除了SFB/Th17陽(yáng)性STOP/CD4小鼠的CD4 T細(xì)胞,并給予HFD。在清除CD4 T細(xì)胞的STOP/CD4小鼠中,對(duì)DIO和代謝綜合征的抵抗消失了(圖2M及2N)。作者還將STOP/CD4小鼠與TCRβ-KO小鼠雜交,從基因上刪除αβ T細(xì)胞。TCRβKO-STOP/CD4小鼠對(duì)DIO和代謝綜合征易感(圖2O及2P)??傊?,這些實(shí)驗(yàn)證明共生的Th17細(xì)胞對(duì)于微生物介導(dǎo)的DIO和代謝綜合征的保護(hù)是必需的。

為了研究Th17細(xì)胞是否足以給予保護(hù),作者將WT CD4 T細(xì)胞轉(zhuǎn)移到SFB定植的代謝綜合征易感STOP小鼠中。與未接受處理的小鼠相比,采用CD4 T細(xì)胞移植的STOP小鼠明顯免受DIO和代謝綜合征的影響(圖2Q和2R)。上述研究表明腸道微生物可通過誘導(dǎo)腸道Th17細(xì)胞介導(dǎo)對(duì)代謝綜合征的保護(hù)。微生物誘導(dǎo)的Th17細(xì)胞對(duì)于提供保護(hù)、預(yù)防或抑制肥胖和糖尿病前期表型的發(fā)展是必要和充分的。

圖2 微生物誘導(dǎo)的Th17細(xì)胞預(yù)防代謝綜合征

誘導(dǎo)Th17細(xì)胞的益生菌改善代謝綜合征

前面的結(jié)果表明,HFD的致病原因之一是通過消耗誘導(dǎo)Th17細(xì)胞的微生物,以清除穩(wěn)態(tài)共生的腸道Th17細(xì)胞。作者推測(cè),在HFD條件下,通過恢復(fù)誘導(dǎo)Th17細(xì)胞的微生物來恢復(fù)腸道Th17細(xì)胞,可以改善DIO和代謝疾病。因此,作者連續(xù)4周每隔1天向SFB陽(yáng)性的HFD喂養(yǎng)的WT小鼠灌胃SFB或?qū)φ占?xì)菌(圖3A)。灌胃對(duì)照細(xì)菌的HFD小鼠失去SFB(圖3B),由于SI LP Th17細(xì)胞減少(圖3D和3E),導(dǎo)致腸道Il17a轉(zhuǎn)錄減少(圖3C)。這些小鼠還出現(xiàn)了肥胖和代謝性疾?。▓D3G-3L)。SFB處理可部分但顯著地恢復(fù)糞便內(nèi)容物中的SFB水平(圖3B)。重要的是,SFB處理的小鼠SI LP Th17細(xì)胞(圖3D和3E)和回腸末端IL-17的表達(dá)(圖3C)顯著恢復(fù)。與對(duì)照組相比,SFB處理的小鼠在HFD喂養(yǎng)下體重增加顯著減少(圖3G和3H),糖尿病前期表型緩解,包括胰島素抵抗(圖3I和3J)和葡萄糖耐受(圖3K和3L)。SFB處理的小鼠也顯示出HFD誘導(dǎo)的腸道炎癥的改善,包括炎癥Th1細(xì)胞的減少(圖3F)。綜上所述,誘導(dǎo)Th17細(xì)胞益生菌療法可以通過恢復(fù)腸道T細(xì)胞穩(wěn)態(tài)顯著改善DIO和代謝綜合征。

圖3 誘導(dǎo)Th17細(xì)胞的益生菌改善代謝綜合征

膳食糖通過消除共生Th17細(xì)胞促進(jìn)代謝綜合征

接下來,作者研究了導(dǎo)致保護(hù)性共生Th17細(xì)胞缺失的原因。高脂飲食的兩個(gè)主要特征是過量的脂肪含量和低膳食纖維。然而,作者通過使用對(duì)照低脂日糧(LFD)來去除HFD配方中的多余脂肪,或以菊粉的形式添加膳食纖維并沒有恢復(fù)SFB(圖4A)。作者提出了一個(gè)問題,與NCD相比,SFB的缺失是由于HFD中存在抑制SFB的營(yíng)養(yǎng)成分還是缺乏某種營(yíng)養(yǎng)成分?為了回答這個(gè)問題,作者同時(shí)給小鼠提供兩種飲食。作者推斷,如果HFD含有過量的抑制成分,那么即使在NCD存在的情況下,它仍應(yīng)抑制SFB?;蛘?,缺失的營(yíng)養(yǎng)成分將通過補(bǔ)充NCD得到恢復(fù)。用SFB定植WT小鼠,然后喂食NCD、HFD或50:50混合飼料(圖4B)。以50:50的比例添加NCD和HFD營(yíng)養(yǎng)成分并不能阻止SFB的減少(圖4B)。這提示HFD含有一種抑制成分,因此作者關(guān)注到了HFD配方中富集的營(yíng)養(yǎng)成分。除了脂肪,HFD中另一種高代表性成分是膳食糖。NCD配方含3%-6%的糖,而HFD配方含25%的膳食糖,包括10%的蔗糖和15%的麥芽糖糊精。蔗糖和麥芽糖糊精(包裝食品中常見的成分,包括糖果和軟飲料)被認(rèn)為會(huì)增加代謝綜合征的風(fēng)險(xiǎn)。將蔗糖加入NCD喂養(yǎng)的野生型小鼠的飲用水中,以劑量依賴性的方式消除SFB(圖4C)。10%蔗糖或麥芽糊精可降低NCD飼養(yǎng)小鼠糞便和回腸黏膜中的SFB水平(圖4C)。接下來,作者檢測(cè)了蔗糖對(duì)腸道Th17細(xì)胞的影響。與HFD類似,在NCD喂養(yǎng)的小鼠的水中添加蔗糖可以降低SI LP中的RORγt+和IL-17+Th17細(xì)胞(圖4D和4E)。與HFD一致,蔗糖喂養(yǎng)的小鼠中剩余的Th17細(xì)胞的RORγt水平下降,表明功能受到干擾(圖4F和4G)。

為了研究膳食糖對(duì)Th17細(xì)胞的保護(hù)作用,作者用淀粉代替膳食中的蔗糖和麥芽糖糊精,產(chǎn)生無糖HFD(SF-HFD)。SF-HFD誘導(dǎo)的肥胖和代謝綜合征與SFB陰性小鼠的對(duì)照HFD相似(圖4H和4K)。相比之下,SFB定植的SF-HFD喂養(yǎng)的小鼠免受體重增加(圖4L)、胰島素抵抗(圖4M和4N)的影響。與HFD喂養(yǎng)的小鼠相比,灌胃SFB的SF-HFD小鼠保持了高水平的保護(hù)性Th17細(xì)胞(圖4O)。為了證實(shí)SF-HFD的積極作用是由于不含糖,并為了控制其他潛在的飲食影響,作者進(jìn)行了一組單獨(dú)的實(shí)驗(yàn),在一些SF-HFD小鼠的飲用水中加入10%的蔗糖。與之前一樣,SFB定植的SF-HFD小鼠維持腸道Th17細(xì)胞,并免受DIO和代謝綜合征的影響(圖4P和4Q)。然而,當(dāng)在飲用水中添加糖時(shí),SF-HFD喂養(yǎng)的小鼠所獲得的保護(hù)作用就完全消失了。這些小鼠失去了腸道Th17細(xì)胞,與HFD喂養(yǎng)的小鼠一樣容易患肥胖和代謝綜合征(圖4P和4Q)。為了證實(shí)SF-HFD的保護(hù)作用是由Th17細(xì)胞介導(dǎo)的,作者檢測(cè)了特異性缺乏Th17細(xì)胞分化的RORγt-flox/CD4-Cre小鼠。用SFB定植RORγt-flox/CD4-Cre和同窩對(duì)照,喂食SF-HFD。與對(duì)照組WT同窩小鼠相比,這些小鼠失去了對(duì)DIO和代謝綜合征的保護(hù)(圖4R和4S)。與WT同窩小鼠相比,SF-HFD組Th17細(xì)胞缺陷小鼠體重增加(圖4R)、胰島素抵抗(圖4S)。綜上所述,在DIO和代謝綜合征的情況下,飲食中的糖通過消耗腸道共生Th17細(xì)胞,抵消了這些細(xì)胞的保護(hù)作用。此外,消除飲食中的糖不足以提供治療效果;保護(hù)作用也需要共生Th17細(xì)胞的存在。因此,飲食干預(yù)可能需要與免疫療法相結(jié)合,以達(dá)到預(yù)期的效果。

圖4 膳食糖通過消除共生Th17細(xì)胞促進(jìn)代謝綜合征

膳食糖通過增加丹毒菌科(Erysipelotrichiaceae)取代Th17微生物

接下來,作者研究了膳食糖取代SFB和保護(hù)代謝綜合征Th17細(xì)胞的機(jī)制。為了考慮宿主效應(yīng),作者在飲用水中加入10%的蔗糖處理SFB單定植WT小鼠。與SPF小鼠相比(圖4C),膳食糖不影響單定植小鼠的SFB水平(圖5A)。因此,膳食糖取代SFB需要共生微生物的存在。為了確定介導(dǎo)糖作用的共生微生物,作者比較了在飲用水中飼喂NCD、HFD或NCD+10%蔗糖的小鼠的微生物群組成(圖5B-5F)。HFD喂養(yǎng)的小鼠和糖處理的小鼠與NCD喂養(yǎng)的小鼠由不同的微生物組成,并且兩個(gè)組之間也存在顯著差異(圖5B)。這使作者能夠縮小消耗Th17(HFD和糖)和支持Th17(NCD)飲食之間的微生物區(qū)系差異。在家族水平上,在兩種Th17耗盡飼糧中,Erysipelotrichaceae、RuminococcaceaeLachnospiraceae均表達(dá)上調(diào)(圖5C)。與NCD相比,Erysipelotrichaceae是在HFD和10%糖中含量最高、最顯著富集的家族(圖5C)。Erysipelotrichaceae的擴(kuò)張已經(jīng)在代謝紊亂中有過報(bào)道,包括小鼠的DIO,以及人類的肥胖。在作者的數(shù)據(jù)中,Erysipelotrichaceae擴(kuò)增包含幾個(gè)OTU。然而,一種特殊的OTU,被確定為Faecalibaculum rodentiumFrod),在HFD和10%糖處理小鼠中均有過量表達(dá)(圖5D-5F)。作者通過qPCR證實(shí)了Frod在HFD和糖處理小鼠中的擴(kuò)增(圖5G)。對(duì)小鼠體內(nèi)SFB和Frod水平的比較發(fā)現(xiàn),兩種微生物成員之間存在很強(qiáng)的負(fù)相關(guān)關(guān)系(圖5H)。為了研究這是否是由于Frod無法在ILC3缺陷小鼠體內(nèi)定植或擴(kuò)張的原因,作者比較了膳食干預(yù)后的定植動(dòng)力學(xué)。為此,作者首先用氨芐西林(Amp)預(yù)處理WT和ILC3缺陷的STOP/CD4小鼠,消除內(nèi)源性Frod。接下來,作者通過灌胃引入外源性Frod,并跟蹤定殖動(dòng)力學(xué)。為了檢測(cè)Frod,在飲用水中也添加了10%的蔗糖(圖5I)。Frod灌胃后不久(第2天),WT和STOP/CD4小鼠的糞便中Frod水平增加(圖5J和5K),這表明Frod能夠在缺乏ILC3的小鼠中定植。飲用水中的糖導(dǎo)致WT小鼠第10天的Frod顯著增加(圖5J)。相比之下,糖處理的STOP/CD4小鼠在第10天幾乎檢測(cè)不到Frod(圖5K)。上述結(jié)果表明,糖介導(dǎo)的Frod擴(kuò)增需要ILC3。

圖5 膳食糖通過增加丹毒菌科(Erysipelotrichiaceae)取代Th17微生物

以上結(jié)果表明,糖或HFD介導(dǎo)的Frod擴(kuò)增是SFB損失的原因。因此,作者使用無菌小鼠來直接測(cè)試Frod是否足以勝過或取代SFB。作者首先嘗試通過同時(shí)灌胃SFB和Frod兩種細(xì)菌來定植無菌(GF)小鼠(圖6A)。當(dāng)單獨(dú)提供SFB時(shí),GF小鼠的定植水平很高(圖6B)。相比之下,當(dāng)SFB和Frod一起灌胃時(shí),SFB的水平要低100倍(圖6B和6C)。在SFB/Frod雙定植小鼠的飲用水中添加糖會(huì)導(dǎo)致Frod擴(kuò)增,甚至進(jìn)一步降低SFB水平(圖6D-6F)。作者還提出Frod是否可以取代已經(jīng)存在的SFB。GF小鼠先用SFB定植,然后用Frod或?qū)φ站ㄖ玻▓D6G)。在定植Frod之前,所有小鼠均采用類似的SFB定植(圖6H)。定植Frod后SFB很快消失(圖6H和6I)。Frod灌胃24 h后,SFB和Frod在無菌小鼠中同時(shí)存在,并在末端回腸黏液中占據(jù)相同的生態(tài)位,靠近上皮細(xì)胞,且相互接近(圖6J和6K)。這些結(jié)果表明,膳食糖以ILC3依賴的方式使Erysipelotrichaceae的成員(尤其是Frod)擴(kuò)增,從而取代SFB并減少保護(hù)性腸道Th17細(xì)胞。

圖6 Faecalibaculum rodentium能夠取代SFB

共生Th17細(xì)胞通過調(diào)節(jié)腸道脂質(zhì)吸收來預(yù)防代謝綜合征

接下來,作者研究了共生Th17細(xì)胞對(duì)代謝綜合征提供保護(hù)的機(jī)制。IL-17對(duì)腸上皮細(xì)胞(IECs)有很強(qiáng)的作用,并保持屏障的完整性。腸道中,脂質(zhì)的上皮吸收是代謝綜合征的已知調(diào)節(jié)因子。因此,作者研究了共生Th17細(xì)胞對(duì)腸道脂質(zhì)吸收的影響。作者比較了HFD喂養(yǎng)的Th17缺陷的STOP小鼠(發(fā)生代謝綜合征)和Th17充足的STOP/CD4小鼠(Th17細(xì)胞保護(hù)免受代謝綜合征)不同組織中的脂質(zhì)濃度。STOP/CD4小鼠IECs和肝臟中脂質(zhì)含量顯著降低(圖7A和7B),但糞便中脂質(zhì)含量升高(圖7C)。這表明Th17細(xì)胞的存在降低了IEC的脂質(zhì)吸收,并伴隨脂質(zhì)在腸腔內(nèi)的積累。事實(shí)上,在STOP/CD4小鼠的IEC中,參與脂質(zhì)攝取和運(yùn)輸?shù)膸讉€(gè)基因表達(dá)下調(diào)(圖7D),最顯著的是CD36,編碼膳食脂肪酸進(jìn)入細(xì)胞的轉(zhuǎn)運(yùn)器(圖7D)。STOP/CD4 IEC中CD36的下調(diào)需要T細(xì)胞,但在HFD喂養(yǎng)的αβ T細(xì)胞缺陷的STOP/CD4小鼠的IEC中沒有觀察到(圖7E)。

上皮細(xì)胞CD36對(duì)膳食脂肪吸收具有強(qiáng)大的作用,從而調(diào)節(jié)代謝綜合征。CD36在脂肪分解發(fā)生的十二指腸和脂肪吸收最多的空腸高表達(dá),在穩(wěn)態(tài)下,其在回腸中的表達(dá)較低。作者發(fā)現(xiàn)SFB定植特異性下調(diào)了遠(yuǎn)端SI(空腸和回腸)中CD36基因的表達(dá),但不下調(diào)十二指腸的表達(dá)(圖7F-7H)。CD36下調(diào)依賴于Th17細(xì)胞來源的IL-17,因?yàn)樵赥h17缺陷的RORγt-flox/CD4-Cre小鼠(圖7F-7H)、IL-17A缺陷小鼠(圖7I)或用IL-17A抗體處理的WT小鼠中(圖7J)CD36的表達(dá)量降低。因此,共生的Th17細(xì)胞可以通過CD36降低脂質(zhì)攝取,并以IL-17依賴的方式降低遠(yuǎn)端SI的脂質(zhì)吸收。為了研究IL-17是否直接作用于IEC,作者從獨(dú)立發(fā)表的數(shù)據(jù)集中研究了IL-17對(duì)SI腸樣中CD36表達(dá)的影響。一個(gè)RNA測(cè)序(RNA-seq)數(shù)據(jù)的分析顯示,IL-17處理的體外回腸末端腸樣中CD36表達(dá)顯著降低(圖7K)。綜上所述,這些數(shù)據(jù)提示Th17細(xì)胞來源的IL-17可以直接抑制SI腸上皮細(xì)胞中CD36的表達(dá)。

作者假設(shè)糖敏感的共生體Th17細(xì)胞可以通過抑制CD36的上調(diào)來起到保護(hù)作用。的確,在缺乏SFB特異性Th17細(xì)胞的情況下,HFD和SF-HFD誘導(dǎo)回腸和空腸IEC中CD36的上調(diào)相似(圖7L)。然而,在SF-HFD喂養(yǎng)的小鼠中,這種上調(diào)在共生Th17細(xì)胞存在時(shí)被顯著抑制(圖7L)。

為了直接解決Th17細(xì)胞的保護(hù)作用是否需要CD36,作者給SFB陰性和SFB定植的WT和CD36缺失的小鼠SF-HFD。如前所述,SFB誘導(dǎo)的Th17細(xì)胞在WT小鼠中對(duì)SF-HFD誘導(dǎo)的代謝綜合征提供保護(hù)(圖7M-7Q)。正如先前報(bào)道的那樣,與野生型小鼠相比,CD36缺陷小鼠發(fā)生代謝綜合征的數(shù)量顯著減少(圖7M-7Q)。然而,與野生型小鼠相比,SFB的Th17細(xì)胞在缺乏CD36的情況下不能提供額外的保護(hù)(圖7M-7Q)。上述結(jié)果表明,共生的Th17細(xì)胞來源的IL-17通過控制脂肪酸轉(zhuǎn)運(yùn)體CD36的上皮表達(dá),在DIO過程中特異性降低遠(yuǎn)端SI的脂質(zhì)攝取和吸收。

圖7 共生Th17細(xì)胞通過調(diào)節(jié)腸道脂質(zhì)吸收來預(yù)防代謝綜合征

參考文獻(xiàn)

Yoshinaga Kawano, et al., Yoshinaga KawanoMicrobiota imbalance induced by dietary sugar disrupts immune-mediated protection from metabolic syndrome. Cell. 2022

- 作者簡(jiǎn)介 -

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