Nature:菊粉促进肠道菌群的胆汁酸代谢诱发2型炎症

时间 : 2023-11-05


    肠道中的共生微生物产生的代谢产物如支链氨基酸、短链脂肪酸 (SCFA) 、胆汁酸衍生物等可以穿过肠上皮细胞,进入宿主循环系统,调节宿主的多种生理过程。其中来源于可发酵膳食纤维的SCFA可促进多种细胞的免疫调节作用。但是不同纤维饮食对肠道菌群及宿主的影响各异,作者在本文中通过非靶向代谢组学探究可发酵菊粉纤维饮食对肠道菌群及宿主免疫反应的影响。

首先,作者通过16S RNA发现与正常组相比添加菊粉饮食的小鼠菌群发生明显改变,拟杆菌丰度增加(图1a)。随后作者通过LC-MS对两组小鼠血清样本进行非靶代谢组学分析,结果发现菊粉不仅可以上调乙酸,还会影响上百种代谢物的表达,其中酚类物质显著下调,吲哚类显著上调,而在其血清中水平最高且与对照组小鼠差异最大的代谢物是胆汁酸(BA)以及初级胆汁酸,即胆酸(CA)(图1b-

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图1.菊粉可上调小鼠胆汁酸和嗜酸性粒细胞

随后作者探究了菊粉对小鼠免疫系统的影响。与对照组相比,菊粉组小鼠肠道内的大多类型免疫细胞数量没有明显改变,Treg细胞数量略有增加,而嗜酸性粒细胞水平显著升高。不仅如此,菊粉组小鼠的肺部也富集有嗜酸性粒细胞(图1ef)。嗜酸性粒细胞增多是2型炎症的典型现象。2型炎症是一种由2型先天淋巴细胞(ILC2s)所介导的免疫应答,主要是为了抵御蠕虫感染以及正常伤口愈合,但是不适当的激活(如过敏原)则会导致过敏、哮喘等疾病。作者证实,小鼠摄入菊粉后体内嗜酸性粒细胞增多,也确实是由ILC2s所介导(图2)。这说明,以菊粉为基础的高纤维饮食诱导了小鼠全身发生2型炎症反应。
 


图2.ILC2和IL-33介导了菊粉饮食中的嗜酸性粒细胞增多

当摄入菊粉后,丰度上调的拟杆菌会在胆盐水解酶(BSH)的作用下产生大量的胆汁酸。而作者发现,胆汁酸或胆酸能够诱导上皮细胞和基质细胞表达白介素-33(IL-33),ILC2则会被IL-33激活并表达白介素-5(IL-5),从而导致嗜酸性粒细胞增多以及2型炎症的发生(图3a-i)。而在上皮细胞和基质细胞中,胆汁酸核受体(法尼酯衍生物X受体,FXR)表达缺失,菊粉便无法诱发嗜酸性粒细胞增多。


图3.肠道菌群衍生的CA和宿主FXR介导了
菊粉饮食引发的2型炎症

接下来作者进一步探究由菊粉所诱发的2型炎症对于机体过敏性炎症、组织保护和宿主防御会有什么影响。作者将小鼠暴露于过敏原(木瓜蛋白酶),诱发小鼠出现2型炎症以及肺部损伤。在给小鼠喂食菊粉后发现,小鼠肺部炎症反应加重,肺血管以及支气管周围区域的炎症细胞浸润增加,且肺和肺泡中嗜酸性粒细胞水平显著升高(图4a-d)。但与常规饮食的对照组小鼠相比,菊粉组小鼠在暴露于巴西日圆线虫感染时, 2型炎症反应水平更高,嗜酸性粒细胞、杯状细胞增多,机体排出寄生虫的速度更快(图4e-h)。


图4.菊粉饮食诱导的嗜酸性粒细胞促进过敏性炎症和抗蠕虫防御

不仅如此,作者还将人类粪便移植给小鼠,探索菊粉对人体肠道菌群的影响。结果显示,所有被人类菌群定植的小鼠在摄入菊粉后,血清内胆汁酸水平上调,并且可以观察到炎症相关因子IL-33、IL-5水平升高、嗜酸性粒细胞增多。这意味着,菊粉也可通过人类肠道菌群来诱发2型炎症反应。

总而言之,常见膳食纤维菊粉可通过调节肠道菌群结构及其代谢物胆汁酸水平来诱发2型炎症反应,对于机体过敏性炎症、宿主防御的调节具有重要意义。但仍有许多问题值得深入探究,比如菊粉如何影响拟杆菌中BSH的表达,如果在GF小鼠中直接定植过表达BSH的Bo是否会诱发2型炎症反应?另外,不同类型的膳食纤维在不同健康或者疾病状态下的免疫作用仍待探究。