肠道入侵驱动缺氧免疫亚群：揭示伤寒沙门氏菌致病机制与疾病预后的关键关联

这项研究通过整合人类伤寒沙门氏菌(S. Typhi)挑战模型和小鼠伤寒模型，揭示了肠道入侵诱导的缺氧相关免疫特征在疾病发展中的关键作用。研究人员采用单细胞RNA测序技术，发现PP(派尔集合淋巴结)定植驱动的缺氧信号可预测人类伤寒发病，并通过构建invA/fliC/fljB三突变株验证了该特征与肠道入侵的因果关系。该研究为理解伤寒发病机制提供了新的生物标志物和治疗靶点。

　　

在全球每年约900万伤寒病例的背景下，伤寒沙门氏菌(Salmonella Typhi)作为严格人类病原体的特性使得其发病机制研究长期受限。传统小鼠模型使用鼠伤寒沙门氏菌(S. Typhimurium)模拟感染，但无法完全反映人类伤寒特征；而人类挑战模型虽能追踪感染过程，却难以揭示组织层面的免疫应答。这种"模型鸿沟"阻碍了我们对伤寒发病机制的全面认知，特别是早期预测标志物和肠道入侵过程的免疫特征仍属未知。

以色列魏茨曼科学研究所(Weizmann Institute of Science)的研究团队创新性地整合两种模型系统，通过单细胞分辨率解析伤寒感染的免疫特征。研究发现，人类挑战模型中发展为伤寒病(TD)的个体早在症状出现前12小时，外周血就出现独特的缺氧相关免疫亚群；而小鼠模型证实这些亚群源自病原体入侵派尔集合淋巴结(PP)引发的局部缺氧微环境。该突破性成果发表于《Nature Communications》，为理解伤寒早期发病机制提供了全新视角。

研究采用三大关键技术：1)对6名人类挑战志愿者(3名发病者TD和3名无症状者nTD)三个时间点的PBMCs进行scRNA-seq；2)建立小鼠伤寒模型，通过bulk RNA-seq和scRNA-seq分析PP等组织的免疫应答；3)构建S. Typhimurium invA/fliC/fljB三突变株(无法入侵PP)验证肠道入侵与缺氧特征的因果关系。人类样本来自牛津大学开展的VAST临床试验(NCT02324751)，所有参与者均接受标准化挑战剂量(1-5×10⁴ CFU S. Typhi Quailes株)。

Monocyte and macrophage response dynamics correlate with disease outcome
通过单细胞分析发现，TD个体外周血中存在独特的CD9/CXCR4⁺单核细胞亚群(cluster 1)和M1极化缺氧巨噬细胞(cluster 15)，其共同特征是共表达TNF和IFNγ应答基因(TNF⁺IFNγ⁺)。代谢分析显示这些细胞呈现"低OXPHOS(氧化磷酸化)-高糖酵解-高缺氧"特征，与nTD个体显著不同。伪时间分析揭示，感染12小时后TD个体即出现GBP(鸟苷酸结合蛋白)和炎症反应模块激活，而nTD个体主要表现为I型干扰素(IFNα)应答。

Hypoxia gene signature in human PBMCs is associated with disease outcomes
跨细胞类型分析发现，NK细胞(cluster 20)、T细胞(cluster 33)和B细胞(cluster 47)中均存在缺氧特征亚群，均富集于TD个体。这些亚群共享6个缺氧诱导基因：HILPDA(缺氧诱导脂滴相关蛋白)、BNIP3/BNIP3L(线粒体自噬调控因子)、P4HA1(胶原羟化酶)、ANKRD37(缺氧应激蛋白)和GBE1(糖原分支酶)。体外实验证实该特征需真实缺氧条件(2% O₂)，而非单纯TLR4激活。

Transcriptional changes of immune cells in the gut in a mouse model of typhoid fever
小鼠PP在感染72小时后出现最显著转录变化(200个DEGs)，而脾脏仅25个。scRNA-seq揭示PP中巨噬细胞浸润和生发中心B细胞(GC B细胞)减少，浸润巨噬细胞高表达人类模型中相同的缺氧特征。耶尔森菌感染数据验证该特征也存在于其他PP入侵病原体感染中。

The hypoxic signature is present in the PP of infected mice and dependent on bacterial invasion
关键实验显示，invA/fliC/fljB三突变株(无法入侵PP)感染小鼠虽能全身传播，但PP中缺氧特征完全缺失，证实该特征依赖病原体对PP的定植。CFU计数验证突变株在PP中的载量显著低于野生型(p=0.038)。

这项研究首次建立"肠道入侵-局部缺氧-外周免疫特征"的完整证据链，揭示缺氧信号是伤寒早期诊断的潜在生物标志物。临床关联分析显示，该特征也存在于败血症、克罗恩病和皮肤利什曼病患者，提示其作为感染性疾病的通用预警信号。从治疗角度看，靶向PP缺氧微环境或可预防GC B细胞耗竭，改善疫苗应答。研究创新性地弥合了动物模型与人类研究的鸿沟，为理解肠道病原体系统传播提供了新范式。

特别值得注意的是，缺氧特征在人类症状出现前即可检测，且与TNF-IFNγ共激活巨噬细胞密切相关，这与Crohn's病中报道的促炎亚群相似。研究者推测这些细胞可能通过SASP(衰老相关分泌表型)加剧组织损伤，但需进一步验证。该研究为开发阻断肠道病原体传播的新型干预策略奠定了理论基础。