Nat Immunol：一种上皮细胞衍生的代谢物调节肠道浆细胞的免疫球蛋白A分泌

背景

分泌IgA的浆细胞 (PCs)是肠道中的优势淋巴细胞群。它们需要保护免受肠道病原体和毒素，同时控制微生物组的组成。作为终末分化的B细胞，PC具有维持稳定免疫球蛋白产生的转录和代谢程序：通常认为PC效应器功能受来自组织的环境线索的影响最小。虽然这一概念可能适用于位于骨髓和脾脏中的PC，它们只能感知血液来源的分子，但IgA+PC位于吸收性上皮的下方，因此会定期暴露于进入肠道的腔内微生物和饮食线索。胆固醇在肠道组织中特别丰富：所有有核细胞均可从乙酰辅酶A产生胆固醇，但相当大一部分循环胆固醇来自饮食。在肠道中，膳食胆固醇的吸收仅限于十二指肠：胆固醇最初由上皮细胞通过跨膜蛋白Niemann Pick C1样1蛋白 (NPC1L1)摄取，然后整合到乳糜微粒中以进入淋巴并最终进入血流。尽管胆固醇是一种疏水性分子，在没有脂蛋白的情况下，它不能在水环境中轻易循环，但氧化胆固醇副产物 (氧固醇)具有增加极性的羟基，并具有广泛的生物活性。已有报告称，碳25处带有羟基的氧固醇、25-羟基胆固醇 (25-HC)和7α，25-二羟基胆固醇 (7α，25-HC)可控制脾脏和淋巴结中免疫细胞活性的不同方面，但它们在肠道中的生成和功能在很大程度上仍无特征。氧固醇由胆固醇生成，上皮细胞下方的肠道组织暴露于富含甾醇的环境中，该环境根据饮食而波动；然而，对氧固醇在形成小肠中的组织驻留适应性免疫细胞的效应器功能中所起的作用缺乏精确的机理理解。

简介

2023年1月19日，来自美国马萨诸塞大学医学院的Simona Ceglia及其团队在Nat Immunol (IF: 31.25)杂志上发表名为An epithelial cell-derived metabolite tunes immunoglobulin A secretion by gut-resident plasma cells的研究[1]。

主要结果

饮食和微生物群诱导肠道上皮细胞中的氧固醇

25-HC和7α，25-HC均由胆固醇通过酶CH25H和细胞色素P450家族7亚家族B成员1 (CYP7B1)11的连续活性产生 (图1a)。在小肠中，这些酶在不同的解剖节段中以不同的方式表达，与回肠相比，Ch25h和Cyp7b1转录物在十二指肠中更丰富。Hsd3b7是一种使7α，25-HC失活的酶，在十二指肠中仅轻微减少，提示在小肠中存在不同程度的氧固醇生成。GPR183  (GPR183L)的配体为7α，25-HC:通过质谱 (MS)分析氧固醇具有挑战性，因为与胆固醇相比，它们的丰度更低，且MS/MS转换和保留时间可能重叠。因此，我们使用基于GPR183与7α，25-HC结合的体外生物测定方法，以亚纳摩尔灵敏度测定了肠道组织脂质提取物中的7α，25-HC，可靠地再现了通过分析方法测得的氧固醇水平。我们观察到十二指肠含有小肠中最高浓度的GPR183L (图1b)，表明存在一个专用于GPR183L生成的限制性解剖分区。

图1. IECs整合微生物和饮食线索，产生用于乳糜微粒包装和淋巴分泌的氧固醇

IEC衍生的7α，25-HC调控肠道PCs的CD98

由Prdm1基因编码的PC主转录因子BLIMP1控制氨基酸转运体CD98的表达。我们发现，CD98的表面表达鉴定了主动分泌IgA并与Blimp-1转录相关的肠道PCs (图3a,b)。虽然CD98+ PC群体均表达PC标志，干扰素调节因子4 (IRF4)和IgK，因此是B细胞衍生的，但CD98loPC的抗体分泌机制水平低于CD98hi细胞。然而，已知衣霉素 (TM)和二硫苏糖醇 (DTT)可激活IRE1-XBP-1通路并诱导未折叠蛋白反应 (UPR)，但低剂量的衣霉素 (TM)和二硫苏糖醇 (DTT)可恢复CD98lo细胞分泌IgA的能力 (图3c)。TM和DTT轻微地增强了CD98hi细胞的IgA分泌，表明在体内这两个PC群体中UPR受到差异调节，以调控它们对肠道体液应答的贡献。

图3. 肠道IgA PCs具有与CD98表达分离的离散分泌能力

氧固醇调节沙门氏菌属的体液免疫

肠道驻留PCs对IgA分泌的快速调节表明，肠道中氧固醇丰度的变化可能是黏膜界面的体液应答和病原体感染性的基础。为了测试LP中胆固醇代谢物的短暂减少是否可以增强对肠道病原体的保护作用，我们首先用代谢突变的ΔAroA沙门氏菌感染野生型小鼠。2周后，为了产生抗原特异性IgA PC应答，在用强毒沙门氏菌属攻击动物之前，我们给予依泽替米贝或赋形剂 (图7a)。沙门氏菌菌落形成单位 (c.f.u.)定量表明，胆固醇吸收抑制导致mLNs和脾脏中的沙门氏菌减少，提示抑制了沙门氏菌的全身播散 (图7b)。因此，在暴露于依泽替米贝和NIBR189的小鼠 (图7g-k)的肠道灌洗液中，通过ELISA (图7c)和流式细胞术 (图7d-f)测定的沙门菌特异性IgA增加，表明抑制IECs的胆固醇摄取和抑制GPR183可增强抗原特异性IgA分泌。为了评估IECs中25-氧固醇的产生是否影响沙门菌在体内的传播，我们用沙门菌属感染预免疫的IECΔCh25h和野生型小鼠。IECs中缺乏25-氧固醇减少了沙门菌的全身播散：这伴随有体内沙门菌特异性IgA滴度升高和体外IgA依赖性细菌复制减少。

图7. 胆固醇摄取和GPR183抑制可增强沙门菌特异性肠道IgA应答

结论及展望

免疫球蛋白A (IgA)由浆细胞 (肠道固有层的终末分化B细胞)分泌，确保微生物群稳态，保护宿主免受肠道感染。暴露于膳食来源和共生来源的信号为免疫细胞提供了组织线索，指导其效应功能，并在黏膜屏障动态塑造肠道免疫应答。最近的数据描述了控制肠道内T细胞和固有淋巴样细胞活化的代谢和微生物输入。然而，分泌IgA的固有层浆细胞是否受局部刺激调节尚不清楚。尽管抗体分泌被认为是在B细胞分化过程中印记的，因此很大程度上不受环境变化的影响，但对肠道变化做出的IgA水平快速调控可能对宿主有益。在本研究中，我们发现，膳食胆固醇吸收和十二指肠肠上皮细胞的共生识别导致氧固醇的产生，氧固醇是进化保守的脂质，具有免疫调控功能。利用条件性胆固醇25-羟化酶缺失小鼠品系，我们证明上皮细胞中的7α，25-二羟胆固醇在抑制肠道中针对共生抗原和病原体衍生抗原的IgA分泌方面是至关重要的。肠浆细胞通过趋化因子受体GPR183感知氧固醇，并将其组织定位与IgA分泌相结合。我们的研究揭示了一种新的机制，将膳食胆固醇和以浆细胞定位为中心的体液免疫应答联系起来，从而有效地保护黏膜。

原文链接

https://www.nature.com/articles/s41590-022-01413-w

转自：“生物医学科研之家”微信公众号

如有侵权，请联系本站删除！