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Nat Commun丨失衡的肠道微生物群通过塑造肝脏炎症微环境助长肝细胞癌的发展

1.NLRP6 的缺失会加剧 NEMO ∆hepa 的肝病进展/NLRP6 /− 小鼠

在缺乏 NEMO 的情况下,激活典型 NF-kB 通路会导致肝细胞死亡,原因是抗凋亡基因表达丧失8 。.因此,作者研究了肝脏炎症如何影响这些小鼠的细胞死亡和代偿性增殖。虽然肿瘤组织中促炎性细胞因子 Tnfa、Il6、Il1β 以及炎性体成分 Caspase-1 和 Nlrp3 的 mRNA 表达量保持不变,但肿瘤组织中的骨髓浸润却增加了。髓系 CD11b + 的浸润与无大肿瘤的全肝组织中较高的促炎基因 Tnfa、Tlr4、Il1β、Nlrp3 和 Ccl5 的基因表达水平有关。以前的报道表明,NLRP6的缺失会导致NLRP3 27 的过度激活。.虽然 Nlrp3 的表达在 mRNA 水平上有所增加,但作者无法在蛋白质水平上证实这一点。此外,Nlrp3 基因表达在 13 周早期没有变化,这表明在 NLRP6 缺失的情况下,NLRP3 炎性体的过度表达并不能介导观察到的表型。52周龄小鼠的炎症表型与NEMO ∆hepa /Nlrp6 ∆hepa 的pJNK明显活化有关。/Nlrp6 /− 小鼠的 pJNK 激活有关,这与 Caspase3 裂解染色显示的肝细胞凋亡增加以及 KI67 染色显示的代偿性增殖有关。这些数据共同表明,NLRP6 的缺失协调了肿瘤微环境中的炎症反应,并推动了 NEMO ∆hepa /Nlrp6 /− 小鼠肝脏疾病向纤维化和癌症发展。/Nlrp6 /− 小鼠。

2.NLRP6 的缺失与 NEMO ∆hepa 的肠道菌群失调和屏障受损有关/Nlrp6 / 小鼠

通过对肠道不同部位的紧密连接(TJ)蛋白Zonula occludens1(ZO-1)进行免疫荧光染色,对肠道屏障功能进行了更详细的研究。与 WT 小鼠相比,52 周大的 NEMO∆hepa 小鼠十二指肠、空肠、回肠和结肠中 ZO-1 的表达量减少。然而,NEMO ∆hepa 但是,NEMO ∆hepa /Nlrp6 /− 小鼠的 ZO-1 进一步减少,这在回肠和结肠中最为明显。同样,在 52 周大的 NEMO ∆hepa /Nlrp6 /− 小鼠的回肠和结肠组织裂解液中,也发现闭锁素蛋白表达减少。/Nlrp6 /− 小鼠的回肠和结肠组织裂解物中的闭塞素蛋白表达量比 NEMO ∆hepa 小鼠低。有趣的是,TJ屏障的破坏与炎症基因(如Il1β、Il18、Mcp1和Ccl5)mRNA表达的增加以及回肠组织中CD11b + 细胞浸润的增加有关。总之,缺乏 NLRP6 表达导致的肠道菌群失调会破坏肠道 TJ 屏障,增加炎症基因的表达。

3.肠道渗透性与脂肪性肝炎活动和肿瘤负荷增加有关

接下来,作者研究了 NEMO ∆hepa /Nlrp6 /− 小鼠肠道菌群失调和肠屏障受损的功能影响。/Nlrp6 /−小鼠肠道菌群失调和肠屏障受损的功能影响。在这里,作者对一组 52 周大的 NEMO ∆hepa 和 NEMO ∆hepa 小鼠的体内肠屏障功能进行了评估。/Nlrp6 /− 小鼠和各自的对照组。用 4000 kDa FITC-葡聚糖测量肠屏障的通透性,NEMO ∆hepa /Nlrp6 /− 小鼠的通透性显著增加。/Nlrp6 /− 与 NEMO {{7} 对照组相比,肠屏障的通透性明显增加。令人震惊的是,ALT水平和肿瘤数量与肠道通透性密切相关,表明肠道屏障受损会加剧NEMO ∆hepa 小鼠的肝病。

4.NLRP6 的缺失塑造了肝脏免疫环境

mMDSCs除了具备PRRs,可在暴露于MAMPs {{0}时触发炎症反应外,还具有在癌症发展过程中抑制T细胞的能力。}mMDSCs还具有在癌症发展过程中抑制T细胞的能力。有趣的是,NEMO ∆hepa /Nlrp6 /− 小鼠的细胞毒性CD8 + 显著减少。T 细胞(定义为 CD45 + CD3 + CD8 + )和 CD4 + T 细胞(定义为 CD45 + CD3 + CD4 + )。与抑制 T 细胞一致,mMDSC 丰度与细胞毒性 T 细胞成反比(**p = 0.0040,r = -0.5767)。其他免疫髓系和淋巴免疫细胞亚群,包括 Kupffer 细胞、NK/NKT 细胞和 B 细胞保持不变。作者观察到,NEMO ∆hepa /Nlrp6 ∆hepa 中常见的 M2 标记 Arg1 表达增加,而 M1 标记 Nos2 表达减少。/Nlrp6 −/− 小鼠中,M1标记物Nos2的表达增加了,这表明这些小鼠体内存在有利于肿瘤生成的微环境。

5.NEMO ∆hepa /Nlrp6 /− mMDSCs抑制体外T细胞增殖/Nlrp6 /− mMDSCs 在体外抑制 T 细胞增殖

不能根据细胞表面标记物的表达来充分定义 MDSCs 30 。.因此,作者进行了额外的染色和功能测试,以进一步研究这些细胞的表型。CD11b + mMDSCs和CD8 {{2}T 细胞显示出密切的接近性,这在 NEMO ∆hepa /Nlrp6 ∆hepa 的肝脏中最为明显。/Nlrp6 /− 小鼠的肝脏中最为明显。接下来,作者分离并进一步鉴定了这些细胞,并通过体外实验探索了它们对 T 细胞的抑制能力。从 WT 和 Nlrp6  /− 脾脏中分离出 T 细胞。/−脾脏中分离出T细胞,用CFSE标记,用CD3/CD28刺激,并与从NEMO ∆hepa 或NEMO ∆hepa 分离出的粒细胞MDSC(定义为CD45 + Ly6G + Gr1 hi )或mMDSCs(定义为CD45 + Ly6G  Gr1 hi )共培养。/通过磁激活细胞分拣(MACS)从NEMO ∆hepa 或NEMO ∆hepa /− 肝脏中分离出CD45 {{10} Ly6G {{11} Gr1 hi 。作者没有观察到 WT 和 Nlrp6 /− 小鼠之间 T 细胞增殖的基线差异。此外,T 细胞增殖在与两种基因型的肝脏 gMDSCs 共同培养时也不受影响。然而,mMDSCs 强烈抑制了 CD8 + T 细胞的增殖。T 细胞的增殖,这在与从 NEMO ∆hepa /Nlrp6 ∆hepa 分离出来的 mMDSCs 共同培养时最为明显。/Nlrp6 /− 肝脏中分离出来的mMDSCs共同培养时,抑制CD8+T细胞增殖的作用最为明显。

6.消耗微生物群重塑肝脏炎症微环境并改善脂肪性肝炎

为了检验微生物群是否会影响 NEMO ∆hepa /Nlrp6 /− 肝脏的肝脏炎症反应,作者 8 周大的小鼠进行了治疗,直到第 13 周。/Nlrp6/−肝脏中的微生物群是否会影响肝脏炎症反应,作者使用一种已确定的非吸收性广谱抗生素(ABx)组合治疗8周大的小鼠至第13周。正如之前所描述的 31 ,这种治疗方法几乎完全治愈了小鼠的肝脏。 31 ,这种治疗导致了几乎完全的微生物群耗竭,表现为盲肠增大,与无菌小鼠相似,而且粪便样本中的细菌DNA总含量也显著降低,这一点可以通过使用所有细菌的引物进行qPCR检测来证明。令人震惊的是,ABx 治疗后,肝脏中 NEMO ∆hepa /Nlrp6 {∆hepa 的转氨酶水平降低了。/Nlrp6 /− 小鼠的肝脏转氨酶水平与 NEMO ∆hepa 小鼠相似,与未接受治疗的小鼠相比显著降低。

7.NEMO ∆hepa 小鼠的免疫表型/Nlrp6 /− 小鼠可通过FMT传染给NEMO ∆hepa 小鼠,并涉及TLR4信号传导

使用 ABx 清除微生物群可改善 NEMO ∆hepa /Nlrp6 /− 小鼠的肝损伤、抑制 mMDSC 的浸润并恢复细胞毒性 T 细胞的丰度。/Nlrp6/−小鼠的肝损伤。为了进一步检验Nlrp6 /− 微生物群的致病相关性,作者NEMO ∆hepa /Nlrp6 /−小鼠进行了粪便微生物群转移(FMT)。/Nlrp6 /− 小鼠转入NEMO ∆hepa 小鼠。根据成功的 FMT,NEMO ∆hepa 接受 NEMO ∆hepa /Nlrp6 /− 微生物群形成了一个独特的集群,该集群靠近NEMO ∆hepa /Nlrp6 /− 微生物群在基于 Bray-Curtis 差异性的 NMDS 排序分析中,FMT-捐赠者形成了一个独特的聚类。微生物群转移导致 NEMO ∆hepa 微生物群沿 NMDS 轴 1 转移。DESeq2 和 LEfSe 分析比较了有无 FMT 的 NEMO ∆hepa 小鼠,发现这种转移主要是由 A. muciniphila 的丰度差异驱动的。令人震惊的是,所有接受 FMT 的 NEMO ∆hepa 小鼠都缺乏粘液噬菌体,而且在 LEfSe 分析中,比较 NEMO ∆hepa 和 NEMO ∆hepa 小鼠只观察到一个不同的 OTU(OTU23_ambiguous_taxa)。FMT 受体与 NEMO ∆hepa /Nlrp6 /− 。FMT-受体,进一步证明了微生物群转移的成功。

8.肠道微生物群的特定改变与 NEMO ∆hepa 小鼠肝病表型有关

NEMO ∆hepa /Nlrp6 /− 小鼠的肠道微生物群在 13 周和 52 周后与 NEMO ∆hepa 小鼠有显著差异。13 周和 52 周后,NEMO ∆hepa /Nlrp6 /− 与 NEMO ∆hepa 小鼠的肠道微生物群明显不同。有趣的是,微生物群调节立即重塑了肝脏炎症微环境。因此,在最后一项实验中,作者旨在探索微生物群的哪些具体变化可能会调节 NEMO ∆hepa 小鼠的肝病活动。LEFSe分析表明,13周龄和52周龄的NEMO ∆hepa /Nlrp6 ∆hepa 小鼠体内的粘液噬菌体相对减少。/Nlrp6 /− 与 NEMO ∆hepa 小鼠相比。13周龄和52周龄的NEMO ∆hepa /Nlrp6 /− 小鼠体内的粘液噬菌体明显减少。/Nlrp6 /− 和 NEMO ∆hepa 小鼠接受 FMT 治疗后,粘液噬菌体明显减少。此外,在 NEMO ∆hepa 微生物群中,A. muciniphila 的相对丰度与肝脏 mMDSC 的丰度成反比(Spearman-r = 0.8508,p = 0.0005),与血清 ALT 和 GLDH 水平也成反比,凸显了这些细菌在介导观察到的表型方面的相关性。

9.肝硬化患者的细菌转位率较高,并影响肝脏转录组格局

转录组学数据的 PCA 显示肝硬化患者和对照组有明显的聚类。使用 PROGENy 34,35 工具进行的通路分析发现,与对照组相比,肝硬化患者的纤维炎症通路 TGFβ、NFκB、TNFα 和缺氧,以及与肝损伤修复、再生和恶性转化相关的通路,如表皮生长因子受体、MAPK、P53、PI3K 和 WNT,均显著上调。MAPK (r = 0.366,p = 0.0464)和 TGFβ(r = 0.383,p = 0.0367)信号通路的激活与肝脏中 16S rDNA 的丰度相关。此外,梭状芽孢杆菌的丰度与 MAPK、表皮生长因子受体、TNFa 和 NFκB 通路的激活相关。在肝硬化患者中,通过DoRothEA 35 推断出的一些致癌转录因子(TFs),包括FOS、ETS2、RELB、SOX10、ERG、WT1和JUND,以及支持干性的TFs,如PBPJ和ARID3A,都出现了上调,并与细菌易位相关。此外,癌症相关基因与16 S rRNA基因丰度相关。

10.细菌转运塑造肝硬化患者的炎症微环境并促进 T 细胞衰竭标志物的表达

根据鼠类数据,作者接下来专门研究了细菌转运对人类肝硬化肝脏炎症环境的影响。为此,作者使用 xCell 36 根据基因表达谱对肝细胞景观进行了计算剖析。.肝硬化肝脏的微环境、基质和免疫 xcell 分数反映了整体免疫细胞和基质细胞的富集,而肝细胞分数则相对降低。有趣的是,较高的 16S rRNA 基因丰度与 CD8 + T 细胞、NKT 细胞、肝细胞和肝癌细胞的增加有关。T细胞、NKT细胞、中心记忆CD4 + 和调节性T细胞,后者与肿瘤免疫抑制有关。这些数据共同表明,肝硬化患者的细菌转运与纤维炎症途径以及与免疫抑制和 T 细胞衰竭相关的 TF 激活密切相关。

至此,这篇文章就介绍完啦,总结一下作者首先深入地探讨了固有免疫和适应性免疫中ILCs和ILTCs的特性;第二部分阐述了它们在癌症免疫监视中的核心角色;第三部分揭示了连接适应性免疫与固有免疫的关键桥梁;第四部分描述了基于ILC和ILTC的免疫治疗策略及其未来的治疗展望。文章知识丰富,提供了许多作者进行生信分析深入研究的起点,做免疫研究的小伙伴们千万不要错过哦!

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