哺乳動物的胃腸道內(nèi)存在著細(xì)菌、病毒、原蟲和真菌等多種微生物群，目前關(guān)于腦-腸軸的研究證實了調(diào)節(jié)腸道微生物群對宿主行為和神經(jīng)系統(tǒng)疾病的影響。近年來，越來越多的研究表明腸道真菌參與免疫穩(wěn)態(tài)的調(diào)節(jié)，平衡的腸道真菌群落在維持宿主免疫穩(wěn)態(tài)和人類健康方面可能發(fā)揮重要作用，然而真菌維持腸道穩(wěn)態(tài)的機制仍有待確定。
2022年2月16日，來自美國康奈爾大學(xué)的Iliyan Iliev教授團(tuán)隊在Cell雜志發(fā)表了題為“Mucosal fungi promote gut barrier function and social behavior via Type 17 immunity”的文章。
該團(tuán)隊率先在小鼠模型和人群樣本中鑒定了腸粘膜相關(guān)的真菌群落（MAF），發(fā)現(xiàn)其具有驅(qū)動保護(hù)性粘膜免疫的獨特能力，可增強腸上皮功能并保護(hù)小鼠免受腸道損傷和細(xì)菌感染。值得注意的是，MAF腸道定植還促進(jìn)了小鼠的社交行為，揭秘了腦-腸軸研究新領(lǐng)域。
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1.MAF增強腸道屏障功能
加強腸道保護(hù)
在C57BL/6小鼠和人類受試者的樣本中，該團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)MAF群落與管腔（LUM）真菌組成存在較大差異，且MAF群落多樣性較低。值得注意的是，該團(tuán)隊還發(fā)現(xiàn)一部分特定的真菌可以在腸黏膜特定部位定植。
進(jìn)一步比較LUM真菌和MAF的生物學(xué)作用發(fā)現(xiàn)，相較于LUM，MAF顯著加強了對腸道損傷的保護(hù)并降低了小鼠的死亡率。此外，MAF還降低了腸道通透性，因此MAF可能與周邊的上皮細(xì)胞有著密切的接觸（圖1）。
2.MAF誘導(dǎo)IEC轉(zhuǎn)錄并激活CD4+T細(xì)胞產(chǎn)生IL-22
從而促進(jìn)黏膜屏障完整性
該團(tuán)隊對MAF定植的無真菌ASF小鼠的腸上皮細(xì)胞（IEC）進(jìn)行RNA- seq，發(fā)現(xiàn)MAF在IEC中誘導(dǎo)了獨特的轉(zhuǎn)錄譜，即參與氧化磷酸化、IFN、JAK/STAT通路和DNA修復(fù)的因子被上調(diào)，而參與TGF-β通路、蛋白質(zhì)分泌和G2/M細(xì)胞周期檢查點的基因被下調(diào)。進(jìn)一步的免疫表型分析顯示，MAF定植小鼠中的CD4+T細(xì)胞被激活，產(chǎn)生了效應(yīng)細(xì)胞因子IL-22、IL-17A和IL-17F（圖2）。
隨后通過評估MAF定植對IL-17A(Il17a-/-)和IL-22(Il22-/-)缺陷小鼠的腸損傷的影響，發(fā)現(xiàn)Il17a-/-小鼠更易受到腸道損傷，而IL-22的敲低卻消除了MAF定植對生存和屏障功能的保護(hù)作用（圖3）。
圖3：MAF的保護(hù)作用由產(chǎn)生IL-22的CD4+T細(xì)胞介導(dǎo)
Il22-/-小鼠感染性結(jié)腸炎模型進(jìn)一步驗證了MAF的屏障保護(hù)作用主要與IL-22相關(guān)（圖4）。因此，MAF誘導(dǎo)IEC轉(zhuǎn)錄并激活CD4+T細(xì)胞產(chǎn)生IL-22，從而促進(jìn)黏膜屏障完整性，而在抗生素治療和細(xì)菌感染期間，腸道局部產(chǎn)生的IL-22依然能夠促進(jìn)屏障功能并保護(hù)小鼠免受腸道損傷。
3.MAF誘導(dǎo)IL-17A產(chǎn)生
進(jìn)而介導(dǎo)IL-17R通路促進(jìn)社交行為
該團(tuán)隊在抗生素誘導(dǎo)的細(xì)菌生態(tài)失調(diào)模型中觀察了MAF定植對小鼠的社交行為中的作用。在三室社交性測試中，MAF定植的小鼠表現(xiàn)出更高的社交偏好，并且在社交刺激的室中花費的時間相較于空室明顯更多。此外，直接交互指數(shù)也顯示，MAF定植的小鼠花費更多時間與社交刺激進(jìn)行交互（圖5）。
圖5：MAF在三室社交測試中促進(jìn)小鼠社交行為
進(jìn)一步的機制研究發(fā)現(xiàn)，盡管MAF在腸道中誘導(dǎo)了IL-17的增加，但只有IL-17A在MAF定植小鼠的血清和脾臟中增加。結(jié)合先前的單細(xì)胞RNA-seq數(shù)據(jù)和Il22敲除小鼠模型，該團(tuán)隊證實腸道和中樞神經(jīng)系統(tǒng)神經(jīng)元都表達(dá)高水平的IL-17受體基因 Il17ra而不是IL-22受體基因Il22ra1和Il22ra2。
隨后，該團(tuán)隊將泛神經(jīng)元BAF53b-Cre小鼠與Il17ra fl/fl小鼠雜交，得到特異性消除神經(jīng)元中的IL-17通路的小鼠（Baf53b ΔIl17ra）。MAF促進(jìn)了IL-17R通路完好的cre-/-同窩仔的社交行為，而Baf53b ΔIl17ra的社交行為在MAF定植后沒有改善（圖6）。因此，腸道粘膜的真菌定植通過誘導(dǎo)IL-17A產(chǎn)生，進(jìn)而介導(dǎo)神經(jīng)元IL-17R通路，促進(jìn)了小鼠的社交行為。
圖6：神經(jīng)元上的IL-17Ra通路介導(dǎo) MUC 誘導(dǎo)的社交行為增加
綜上所述，腸道MAF通過影響IEC轉(zhuǎn)錄、誘導(dǎo)CD4+T細(xì)胞產(chǎn)生IL-22，從而促進(jìn)黏膜屏障完整性。更關(guān)鍵的是，MAF的腸道定植誘導(dǎo)IL-17A的全身釋放，通過介導(dǎo)神經(jīng)元中的IL-17R通路增加了小鼠對社交刺激的反應(yīng)，突出了腸道真菌調(diào)節(jié)宿主行為的能力。因此，MAF具有驅(qū)動保護(hù)性粘膜免疫的獨特能力，對腸上皮細(xì)胞、腸道屏障功能、腸道疾病和神經(jīng)免疫介導(dǎo)的宿主行為有重要作用。
Leonardi, I., Gao, I. H., Lin, W. Y., Allen, M., Li, X. V., Fiers, W. D., ... & Iliev, I. D. (2022). Mucosal fungi promote gut barrier function and social behavior via Type 17 immunity. Cell.
編譯作者：韓燁（brainnews創(chuàng)作團(tuán)隊）
