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Nat Immunol(IF 25.606)| 肠道菌群-免疫系统:人类结肠中独特的微生物和免疫环境

2022-02-18
中科新生命
1877

结肠作为屏障组织,代表了一种独特的免疫微环境,免疫细胞在其中表现出对多种微生物群落的耐受性,且肠道微生物组成也与许多疾病状态相关,因此,了解免疫细胞和结肠微生物之间健康、稳态的关系是至关重要的。英国桑格研究院研究团队在Nature Immunology(IF 25.606)上发表题为“Distinct microbial and immune niches of the human colon”的研究结果,在这项研究中,研究人员利用单细胞转录组测序结合微生物测序发现胃肠道菌群和免疫细胞之间相互作用密切,并表现出区域特异性,并将免疫细胞的差异和不断变化的微生物组成联系起来,拟为未来研究不同肠道疾病对肠道特定区域的偏好性机制提供理论基础。

研究材料

从健康结肠的盲肠、横结肠、乙状结肠和淋巴处分离出的免疫细胞和肠道菌群
技术路线

· 步骤1:16S rRNA测序技术揭示胃肠道微生物组成的区域异质性;

· 步骤2:单细胞转录组测序技术阐明胃肠道中免疫细胞的比例具有区域特异性;

· 步骤3:胃肠道菌群和免疫细胞之间相互作用密切,协同影响不同肠道疾病。

研究结果

1. 胃肠道菌群具有区域特异性

为了绘制结肠黏膜的微生物组成,作者对来自欧洲12名无病已故捐赠者的盲肠、横结肠和乙状结肠黏膜的拭子进行了16S rRNA测序。该结果发现主要的肠道菌遍布每个供体的肠道,但从近端到远端结肠黏膜呈现出微生物组成的异质性,揭示了特定的菌属偏好定殖某些结肠区域。

图1 结肠黏膜的微生物组成

2. 胃肠道中免疫细胞的异质性

接下来,作者试图确定在结肠微生物组中观察到的异质性是否伴随着宿主免疫细胞的差异。作者从捐赠者的MLNs(肠系膜淋巴结)和结肠组织中分离41,650个免疫细胞进行scRNA-seq,将所有细胞分为25个细胞群,其中MLNs和结肠组织中存在不同的细胞群。为了确定结肠从近端到远端免疫细胞的差异,作者分析了MLNs和结肠区域内细胞类型的相对比例,MLNs和结肠之间的T细胞和B细胞的激活和记忆状态存在显著差异,表明这些细胞类型是受环境塑造的。

图2 MLNs和结肠区域免疫细胞特征

3. IgA响应乙状结肠中微生物组成的变化

先前的研究表明,IgA 是由浆细胞分泌的,以响应特定细菌种类的存在。鉴于此,作者研究了在乙状结肠中观察到的浆细胞活化增加是否与细菌种类的差异有关。与来自盲肠和横结肠的细菌相比,来自乙状结肠的更大比例的细菌对IgA结合呈阳性。此外,IgA调理细菌的鸟枪法测序揭示了乙状结肠中更丰富的物种群落。与盲肠相比,乙状结肠中IgA结合细菌的多样性较低。这些数据表明,与盲肠相比,乙状结肠的IgA+ 浆细胞对丰富且代表性不均的细菌群落有反应,这可能有助于它们的激活状态增加、对结肠的强烈归巢和趋向于更大的克隆多样性。


图3 乙状结肠中响应IgA的微生物群种类不断增加

小编小结

作者通过肠道微生物数据和scRNA-seq数据进行结合,分析突出了环境信号在塑造和维持肠道免疫细胞组成以及功能稳定中的重要性。这些免疫细胞和微生物在结肠上的稳定状态,可能为理解不同肠道疾病向肠道特定区域倾斜的机制提供了一个平台。