腸道微生物群被認為是多種疾病的重要驅(qū)動因素。大量研究表明，在炎癥性腸病和神經(jīng)退行性疾病中，腸道微生物群的組成會發(fā)生顯著改變。微生物群的變化可通過調(diào)控特定代謝產(chǎn)物進入血液循環(huán)，進而產(chǎn)生系統(tǒng)性影響。此外，腸道微生物群還具有免疫調(diào)節(jié)功能，能夠影響先天性和適應性免疫反應。然而，微生物群如何導致中樞神經(jīng)系統(tǒng)（CNS）炎癥仍不清楚，尤其是在CNS通常不存在微生物的情況下。最近發(fā)表在《Nature》的研究“Gut inflammation promotes microbiota-specific CD4 T cell-mediated neuroinflammation”發(fā)現(xiàn)識別腸道共生分段絲狀細菌（SFB）的TCR7B8CD4 T細胞在缺乏調(diào)節(jié)性T細胞（Treg）的情況下，可同時誘發(fā)腸道和CNS的炎癥反應。研究揭示SFB特異性T細胞在“腸-腦軸”炎癥中的關(guān)鍵作用，并提示SFB抗原驅(qū)動的T細胞可能通過分子模擬促進自身免疫性神經(jīng)炎癥。

SFB通過調(diào)控T細胞賦予其致病潛能

研究團隊將TCR7B8CD4 T細胞移植入Rag2?/?小鼠體內(nèi)，在缺乏Treg的情況下，TCR7B8CD4 T細胞在SFB抗原刺激下分化為具有致病性的IL-17A?IFNγ?T細胞。值得注意的是，IL-17A?IFNγ?T細胞不僅引發(fā)了腸道炎癥，還會向腦部遷移，導致實驗小鼠出現(xiàn)共濟失調(diào)、后肢癱瘓等典型神經(jīng)癥狀。免疫熒光分析顯示，TCR7B8CD4 T細胞可以深入腦組織，主要聚集在腦干和丘腦區(qū)域，并形成特征性的炎癥細胞簇。對比實驗顯示，具有Treg細胞的Rag2?/?小鼠僅表現(xiàn)出輕微的神經(jīng)癥狀，這一結(jié)果突顯了Treg在抑制CNS炎癥反應中的保護作用。進一步的實驗發(fā)現(xiàn)，當研究人員采用阿莫西林清除SFB后，實驗小鼠不再出現(xiàn)神經(jīng)癥狀，且T細胞向脊髓的遷移被完全阻斷；而在無菌條件下特異性定殖SFB的實驗組小鼠會重現(xiàn)CNS炎癥表型，并檢測到T細胞產(chǎn)生IFNγ和IL-17A。這些關(guān)鍵證據(jù)充分表明，SFB抗原是驅(qū)動TCR7B8CD4 T細胞在CNS中激活和擴增的必要條件，這種異常的免疫應答不僅會導致腸道炎癥，還能誘發(fā)嚴重的神經(jīng)炎癥反應（圖1）。

圖1. SFB抗原驅(qū)動的TCR7B8CD4 T細胞在腸道及CNS中擴增并發(fā)揮致病作用

（圖片來源于《Nature》雜志）

TCR7B8CD4 T細胞在CNS被再次激活

由于血腦屏障的嚴格調(diào)控，健康腦組織和脊髓中CD4 T細胞的浸潤極少，這顯著限制了自身反應性T細胞介導的神經(jīng)炎癥風險。研究團隊將TCR7B8CD4 T細胞或TCRVβ14細胞（即SFB特異性T細胞的主要亞群，包括TCR7B8CD4 T細胞）缺失的CD4 T細胞（TCRbulk?Vβ14CD4 T細胞）分別輸入SFB定植的Rag2?/?小鼠后，兩組實驗小鼠均出現(xiàn)了結(jié)腸炎和神經(jīng)系統(tǒng)癥狀，但值得注意的是，單獨移植TCR7B8CD4 T細胞組小鼠即使結(jié)腸炎程度較輕，神經(jīng)系統(tǒng)癥狀卻更嚴重。進一步分析發(fā)現(xiàn)，TCRbulk-Vβ14組小鼠CNS中的CD4 T細胞數(shù)量顯著低于TCR7B8CD4 T細胞組。與神經(jīng)癥狀的嚴重程度一致，TCR7B8CD4 T細胞表現(xiàn)出強烈的IL-17A和GM-CSF應答，而TCRbulk-Vβ14CD4 T細胞則無此反應，提示TCR7B8 CD4 T細胞在CNS中被特異性再激活（圖2）。關(guān)鍵的是，當出現(xiàn)神經(jīng)癥狀的TCR7B8CD4 T細胞組小鼠接受氨芐青霉素清除SFB后，其神經(jīng)評分并未降低。這進一步證實，TCR7B8CD4 T細胞能夠在CNS中被再激活并維持長期的炎癥反應，且不依賴于持續(xù)的SFB抗原刺激。

圖2. 腸道炎癥通過非TCR特異性方式促使TCR7B8CD4 T細胞的特異性再激活

（圖片來源于《Nature》雜志）

TCR7B8CD4 T細胞識別宿主神經(jīng)蛋白引發(fā)CNS炎癥

接下來，研究團隊分別將TCR7B8CD4 T細胞或TCR1A2T細胞轉(zhuǎn)移到同樣的Rag2?/?小鼠。盡管TCR1A2能識別與TCR7B8相同的SFB蛋白表位區(qū)域，不同于TCR7B8CD4 T細胞組出現(xiàn)了明顯的神經(jīng)系統(tǒng)癥狀，TCR1A2T細胞組小鼠僅出現(xiàn)了腸道炎癥，沒有表現(xiàn)出任何神經(jīng)系統(tǒng)癥狀，大腦中幾乎沒有TCR1A2T細胞的浸潤。深入研究發(fā)現(xiàn)，TCR7B8特異性識別八肽FSGAVPNK，而TCR1A2則僅對九肽QFSGAVPNK產(chǎn)生應答。通過比對，研究團隊發(fā)現(xiàn)氨基酸序列與TCR7B8識別的SFB抗原片段（FSGAVPNK）相似的宿主蛋白，包括受體酪氨酸激酶（ERBB2）、滋養(yǎng)層蛋白（TRO）和后期促進復合物亞基2（ANAPC2）等。這些蛋白都在CNS中有很高的表達。同時體外實驗證實，ERBB2、TRO1和ANAPC2的肽段，都成功地激活了TCR7B8CD4 T細胞。TCR7B8CD4 T細胞之所以能夠在大腦組織中引發(fā)異常免疫反應，其機制并非源于對SFB的特異性識別，而是發(fā)生了抗原識別錯誤，將在腸道微環(huán)境中習得的針對SFB的免疫應答模式，錯誤地遷移至CNS，誤將結(jié)構(gòu)相似的自身神經(jīng)蛋白識別為攻擊靶點，從而觸發(fā)了一系列致命的自身免疫反應過程。（圖3）

圖3. TCR7B8通過識別交叉反應性宿主蛋白促進CNS炎癥的發(fā)生

（圖片來源于《Nature》雜志）

腸道炎癥加速CNS炎癥進程SFB特異性T細胞主要在腸系膜淋巴結(jié)中生成，隨后依賴β7 integrin（由Itgb7基因編碼）遷移至腸道固有層。研究團隊將等比例混合的Itgb7+/?TCR7B8CD4 T細胞和Itgb7?/? TCR7B8CD4 T細胞到Rag2?/?小鼠。結(jié)果發(fā)現(xiàn)Itgb7?/? TCR7B8CD4 T細胞組小鼠表現(xiàn)出腸道炎癥和CNS炎癥顯著減輕。轉(zhuǎn)移8周后，CNS中Itgb7+/?TCR7B8CD4 T細胞的檢出頻率也高于缺陷型細胞。這些數(shù)據(jù)表明，腸道炎癥環(huán)境可促進腸道TCR7B8CD4 T細胞向CNS的浸潤，并加速其介導的CNS炎癥。（圖4）

圖4. 腸道炎癥加速腸道共生菌特異性CD4 T細胞向CNS的浸潤

（圖片來源于《Nature》雜志）

IL-23R與GM-CSF協(xié)同促進CNS炎癥發(fā)生

最后研究團隊鎖定了兩種關(guān)鍵信號分子：1）IL-23R，由Il23r基因編碼，位于致病性TH17細胞表面，在多種組織炎癥和自身免疫病中調(diào)控其致病性；2）GM-CSF，由Csf2基因編碼，由T細胞分泌并能激活大腦中小膠質(zhì)細胞誘發(fā)炎癥。對比TCR7B8CD4 T細胞組小鼠，敲除Il23r的TCR7B8CD4 T細胞組小鼠的腸道炎癥未減輕，神經(jīng)癥狀顯著延遲但最終發(fā)展為CNS炎癥；敲除Csf2的TCR7B8CD4 T細胞組小鼠神經(jīng)癥狀也顯著延遲，最終也會發(fā)展為CNS炎癥；而同時敲除Il23r和Csf2的TCR7B8CD4 T細胞組小鼠未出現(xiàn)CNS炎癥。另外，PLX5622（CSF1R抑制劑）處理的Rag2?/?小鼠因小膠質(zhì)細胞缺失而未發(fā)生TCR7B8CD4 T細胞介導的神經(jīng)炎癥，這一結(jié)果明確了小膠質(zhì)細胞在TCR7B8CD4 T細胞介導CNS炎癥中的關(guān)鍵性作用。（圖5）

圖5. IL-23R與GM-CSF在TCR7B8 CD4 T細胞中的共同導致CNS炎癥

（圖片來源于《Nature》雜志）

云克隆相關(guān)產(chǎn)品

云克隆開發(fā)了上述研究中涉及的相關(guān)指標的蛋白、抗體、試劑盒等產(chǎn)品以助力相關(guān)研究，部分指標節(jié)選如下，供參考：