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题目：C. difficile intoxicates neurons and pericytes to drive neurogenic inflammation
期刊：Nature
IF：69.504
发表时间：2023年9月12日
通讯作者单位：哈佛大学
DOI：https://doi.org/10.1038/s41586-023-06607-2
主要内容：
艰难梭菌感染在临床上可能是致命的。对这种感染背后的分子机制的深入了解可能为开发新疗法的搜索提供目标。
抗生素使用的一个关键不良并发症是，破坏人体肠道中的天然细菌群落可能会使有害细菌艰难梭菌感染。Manion 等人阐明艰难梭菌感染 （CDI） 期间发生的一些炎症相关事件。
艰难梭菌在肠道中的增殖可导致轻度至重度腹泻或假膜性结肠炎，这是一种严重的疾病，具有潜在的致命并发症，如中毒性巨结肠或肠穿孔。此外，反复感染的频率和高毒力艰难梭菌菌株的出现使CDI成为临床环境中最具威胁性的细菌问题之一。
由细菌产生的两种毒素，TcdA 和 TcdB，是导致与 CDI 相关的疾病的主要因素。这些毒素通过称为葡萄糖基化的修饰过程使某些 Rho 家族蛋白失活。尽管在分析这些毒素及其受体方面已经取得了很大进展，引发与感染相关的肠道炎症的机制在很大程度上仍然是神秘的。
Manion及其同事报告说，艰难梭菌TcdB（似乎是主要毒素）攻击附着在血管壁上的神经元和称为周细胞的细胞。这种攻击会导致神经源性炎症，这是一种与疾病相关的过程，其中炎症介质分子（如神经肽CGRP和P物质（SP））从感觉神经元局部释放，导致炎症并导致血管扩张、血浆从血管中释放、组织肿胀和称为中性粒细胞的免疫细胞浸润（图1）。
Manion等人通过检查小鼠模型报告说，缺乏基因Tac1（编码产生SP所需的肽前体）、Nk1r（编码SP受体NK1）或Calcb（编码一种称为CGRPβ的CGRP形式）的功能性拷贝的动物对TcdB的炎症反应明显降低与具有基因功能拷贝的动物相比。因此，对缺乏 Tac1 功能拷贝的小鼠施用 SP 恢复了 TcdB 诱导的炎症。
Manion及其同事表明，支配小鼠结肠并且其细胞核位于肠道内（肠神经系统（ENS）神经元）或肠道外（背根神经节（DRG）神经元）的感觉神经元具有卷曲受体（FZD），这是一种TcdB受体。作者检查了体外生长的DRG神经元，发现暴露于TcdB导致SP释放，而无法糖化Rho蛋白或与FZD结合的突变版本TcdB不会诱导SP分泌。
另一个已知的 TcdB 受体是 CSPG4，它不在神经元中表达，但在周细胞上高度表达，如Manion及其同事所示。这些细胞决定性地调节血管功能，并通过释放称为细胞因子的炎症分子（如IL-8）来控制免疫细胞从血管向组织中的迁移。
作者进行了显微镜分析，发现周细胞和肠道神经元在肠道中建立了一个紧密连接的网络。从小鼠身上培养肠道周细胞的努力失败了，因此作者测试了人脑周细胞。TcdB 暴露导致 IL-8 释放，至关重要的是，CGRP 暴露也驱动了这些细胞释放 IL-8。因此，从TcdB靶向的感觉神经元释放的CGRP增强了周细胞释放IL-8。因此，将TcdB注射到小鼠肠道中导致小鼠版本IL-8的分泌。
为了进一步验证神经元和周细胞在TcdB诱导的神经源性炎症中的相互作用，研究人员使用了一种小鼠脚垫注射模型，该模型通过评估肿胀来测量炎症。在小鼠皮肤下注射TcdB导致快速肿胀。然而，使用 NK1 受体抑制剂阻断 SP 可防止肿胀，并且 TcdB 不会在缺乏基因 Tac1 功能版本的小鼠中诱导肿胀。由于在缺乏CSPG4功能版本的小鼠中仍然观察到肿胀，作者得出结论，通过TcdB靶向神经元足以诱导神经源性炎症，并且周细胞可能作用于感觉神经元的下游。与这一观点一致的发现是，不与FZD受体相互作用的TcdB突变版本不会引起炎症，而不能与CSPG4相互作用的突变体会引起炎症。
作者进行了实验，旨在通过将TcdB催化结构域（使其毒性的部分）转运到周围神经元而不是其他细胞中来确定毒素诱导的神经源性炎症的作用。作者使用融合蛋白方法，将TcdB和白喉毒素（DT）片段结合在一起。Manion 等人。产生一种融合毒素，该融合毒素含有毒性所需的 TcdB 催化结构域和全长但无毒、催化无活性的 DT，该融合毒素包含一个功能结合和易位结构域，使融合毒素能够进入携带 DT 受体的细胞。
将这种融合毒素注射到对照小鼠的脚垫中没有效果（小鼠通常缺乏毒素敏感的DT受体），而将融合毒素注射到仅在外周神经元中表达DT受体的小鼠中，则出现了神经源性炎症的典型迹象。此外，尽管将全长TcdB注射到这些小鼠的体腔中是致命的，但注射融合毒素对对照小鼠没有影响。然而，在外周神经元中表达DT受体的小鼠中，融合毒素诱导腹泻和结肠组织损伤。此外，作者表明，DT受体在DRG神经元中的表达足以使融合毒素在肠道中诱导神经源性炎症和CDI的其他标志。
艰难梭菌利用CDI期间宿主肠道代谢的变化来增强其自身的增殖和定植。与此一致，与具有该基因功能拷贝的动物相比，缺乏 Tac1 功能拷贝的小鼠的艰难梭菌水平降低。同样，在缺乏Calcb基因功能拷贝的小鼠中，与具有该基因功能拷贝的动物相比，艰难梭菌的水平降低。
最后，研究人员讨论了他们发现的治疗意义。例如，阻断 SP 信号传导的选择性 NK1 受体抑制剂可用于抵消抗癌药物引起的严重呕吐。此外，还开发了针对CGRP（如fremanezumab）或CGRP受体抑制剂（如olcegepant）的抗体，用于治疗偏头痛。作者发现，所有这些药物都大大减少了TcdB肠道注射和CDI小鼠模型中的疾病迹象。
尽管FZD受体在许多TcdB亚型介导的感染中起关键作用，但存在一些高毒力的艰难梭菌菌株，例如核糖型027。这些菌株的特征在于毒素 TcdB2，它不与 FZD 结合。然而，注射 TcdB2 和 TcdA 诱导的足垫肿胀可以被 NK1 受体抑制剂阻断，这表明无论特定的毒素亚型和受体类型如何，神经源性炎症都起着至关重要的作用。
这项研究填补了我们对CDI潜在疾病知识的一个关键空白，并为探索治疗方案提供了新的视角。同样值得注意的是，这些实验为先前的发现提供了很好的支持关于 SP 对 TcdA 介导的影响的重要性。
许多问题仍未得到解答。研究肠周细胞的确切作用是未来研究的一个令人兴奋的课题。应研究艰难梭菌毒素为何以及如何通过糖基化使 Rho 蛋白失活，从而促使 SP 和 CGRP 的释放。在毒素作用过程中，了解肠道中许多毒素敏感细胞群的相互作用仍然是一个需要解决的主要挑战。
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-023-06607-2
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