Nature｜李鑫等揭示肠道真菌对炎症性肠病的菌株特异性影响

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关键词：揭示

资讯来源：BioArt

发布时间： 2022-03-31

撰文｜617

炎症性肠病 （ IBD ）一种病因不明的慢性非特异性肠道炎症性疾病，临床上主要分为克罗恩病 （ CD ）和溃疡性结肠炎 （ UC ），该疾病影响着全球数百万人。近年来的多项研究表明，肠道真菌在IBD中发挥着重要的作用 【1-7】 。念珠菌属 （Candida）是最主要的肠道真菌之一，多个队列数据表明该菌属的丰度在IBD患者中升高 【1,4,8】 。然而，关于念珠菌属影响IBD发生发展的机制，人们仍知之甚少。

2022年3月16日，康奈尔大学Iliyan D. Iliev团队在Nature杂志上发表了题为 Immune regulation by fungal strain diversity in inflammatory bowel disease 的文章，李鑫博士为该文章的第一作者。 该研究旨在帮助人们理解人体肠道真菌如何启动炎症性的肠道免疫反应并且影响宿主的疾病进程。 此研究利用UC病人作为模型，通过真菌组测序、真菌的培养组学和基因组学、基于CRISPR-Cas9的临床真菌菌株编辑技术、体外免疫反应监测和小鼠模型等方法， 揭示了UC患者肠道中的优势真菌——白色念珠菌的多样性和菌株特异性，并阐明了其调控宿主肠道免疫的机制。

首先，作者利用ITS测序技术和培养组学对UC患者和健康对照组的结肠黏膜进行了检测，发现UC患者结肠粘膜中白色念珠菌明显增多。进一步，作者在葡聚糖硫酸钠（DSS）诱导的UC小鼠模型中探究了白色念珠菌对UC的影响。结果表明，在皮质类固醇治疗（UC常见疗法）条件下，白色念珠菌会对疾病结果产生负面影响。

已有研究表明真菌菌株的特异性会影响传染性疾病的发生和发展 【9-12】 ，因此，作者进一步对从人体肠道中分离获得的白色念珠菌菌株进行了研究并检测其对免疫细胞的破坏能力。结果发现分离所获的白色念珠菌菌株可以被分为2类：一类对巨噬细胞具有强破坏力 (HD-Ca) ，另一类则具有较弱的破坏力 (LD-Ca) ，并且HD-Ca在小鼠结肠中能够诱导更强劲的促炎反应，包括中性粒细胞浸润和T_H17反应等。

上述结果表明，人体结肠中的白色念珠菌对免疫细胞的破坏力以及在小鼠肠道中诱导T_H17等促炎反应的能力具有菌株特异性。此外，对这些菌株的进化分析表明，尽管患者的地理位置很近，但是不同个体间的白色念珠菌不同，甚至有些病人同时含有多个基于同一祖先的白色念珠菌株，表明人肠道白色念珠菌具有高多样性。

进一步，作者发现对免疫细胞的破坏力与菌丝的形成有关，且对丝状刺激有反应的菌株的破坏力更强。因此作者深入探究了与菌丝生成过程紧密相关的Efg1蛋白。基于CRISPR技术，作者敲除了HD菌株的EFG1基因，结果显示，敲除株对免疫细胞的破坏力和T_H17诱导能力下降。由于在肠道黏膜中能观察到形态类似的HD和LD菌株，即肠道中同时含有椭圆性形态（yeast）和菌丝型形态HD和LD白色念珠菌，因此作者认为是特定的真菌因子而非单纯的菌丝形态激活了肠道免疫。

研究表明在白色念珠菌定植肠道后，一个名为 ECE1的基因表达会显著上调 【13】 ，该基因编码真菌菌丝相关的打孔毒素 candidalysin，因此作者猜想是否是该基因参与调控了肠道免疫反应。作者首先构建 HD ece1 Δ/Δ突变株，发现虽然该突变株仍能正常形成菌丝，但是其对免疫细胞的破坏力和促炎能力显著下降。进一步敲除HD菌株的ECE1基因后，作者发现其对T_H17的诱导能力和促炎能力亦显著下降，与LD菌株及HD ece1 Δ/Δ突变株类似。由此可见，UC病人肠道中白色念珠菌的毒素形成依靠真菌转录因子（Efg1）的调节, 且生成菌丝过程中分泌的毒素candidalysin是诱导黏膜免疫反应并促进肠道炎症的关键因素而不是菌丝形态本身。综上，这些发现首次阐明了白色念珠菌在肠道内诱导炎症反应的机制。

HD 念珠菌通过candidalysin促进肠道炎症免疫反应

接下来，作者进一步探究了与candidalysin相关的促炎因素。结果发现尽管白色念珠菌可以诱导TNFα、IL-6、IL-1β 和 IL-10 ，但是只有IL-1β依赖于candidalysin，并且其水平与菌株对免疫细胞的破坏能力相关。而阻断IL-1β的受体，可以在小鼠中减轻疾病严重程度，提示IL-1信号通路在白色念珠菌激活肠道免疫反应的过程中具有关键作用。此外，作者还发现，白色念珠菌诱导免疫细胞损伤和IL-1β的表达水平，而非念珠菌属的丰度，与UC患者的疾病程度呈正相关。

综上， 该研究表明高毒力肠道真菌菌丝形态转变时产生的毒素是诱导组织损伤的关键因子，也是启动肠道炎性反应的重要因素，并且分子机理上依赖于细胞因子IL-1β。因此，本项研究不仅为IBD的致病机理和治疗方法提供了新视角，而且揭示了菌株特异性在宿主-肠道微生物交互作用中的重要性。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-022-04502-w

制版人：十一

参考文献

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