补液疗法通过纠正脱水挽救IL-22缺失小鼠致死性啮齿柠檬酸杆菌感染

《Nature Communications》：Rehydration rescues Il22?/? mice from lethal Citrobacter rodentium infection

本研究针对IL-22在防御Citrobacter rodentium感染中被认为是必需但致死机制不明的问题，通过开展补液疗法干预实验，发现IL-22-/-小鼠致死主因是脱水而非细菌负荷失控；补液治疗可完全挽救小鼠并实现IL-22非依赖性清除细菌和组织修复，揭示了支持性疗法在感染模型中的关键作用，为临床干预提供了新视角。

　　

在微生物与宿主的永恒博弈中，肠道免疫系统演化出了精妙的防御机制。其中，白细胞介素-22（IL-22）作为细胞因子家族的重要成员，长期以来被认为是宿主抵抗肠道病原体Citrobacter rodentium（啮齿柠檬酸杆菌）感染不可或缺的守护者。早在2008年，Zheng等人的开创性研究就发现，缺失IL-22基因（Il22^-/-）的小鼠在感染C. rodentium后会出现100%的死亡率。这一现象引发了科学界的广泛关注，近二十年来，众多研究团队致力于揭示IL-22提供保护作用的具体机制。已知IL-22能够增强上皮屏障完整性、促进抗菌肽（AMPs）产生，并协调免疫应答，然而，Il22^-/-小鼠在感染后究竟为何死亡，这个根本问题始终悬而未解。值得注意的是，这些小鼠会表现出严重的腹泻症状，这提示我们，脱水可能是导致死亡的“幕后黑手”。

为了解决这一长期存在的谜题，由Vishwas Mishra、Zuza Kozik、Priyanka Biswas、Jyoti Choudhary、Joshua L. C. Wong和Gad Frankel组成的研究团队在《Nature Communications》上发表了他们的最新研究成果。他们通过一系列严谨的实验证明，脱水才是导致Il22^-/-小鼠死亡的直接原因，而简单的液体疗法（FT）就足以挽救这些小鼠的生命。这一发现不仅颠覆了人们对IL-22核心功能的传统认知，揭示了在维持水合状态的前提下，机体存在不依赖于IL-22的细菌清除和组织修复通路，更强调了在临床前模型中纳入支持性疗法以更好地模拟人类生理状况和临床实践的重要性。

研究人员综合运用了多种关键技术方法来验证其猜想。这些方法包括：利用Il22^-/-基因敲除小鼠构建C. rodentium感染模型；通过定量蛋白质组学技术分析结肠上皮细胞（IECs）的蛋白表达谱；采用定量逆转录聚合酶链式反应（qRT-PCR）验证基因表达；利用流式细胞术分析结肠免疫细胞群；通过酶联免疫吸附试验（ELISA）和LEGENDplex多重检测技术测定细胞因子水平；进行组织病理学分析（H&E染色、免疫组织化学/免疫荧光）评估结肠损伤和细胞浸润；并使用粪便菌落形成单位（CFU）计数和全身器官培养评估细菌负荷。

C. rodentium感染导致Il22^-/-小鼠出现严重腹泻伴电解质紊乱

研究人员首先确认了经典表型：与Il22^+/+（野生型）小鼠相比，感染C. rodentium的Il22^-/-小鼠体重减轻更显著，并全部死亡。重要的是，Il22^-/-小鼠在濒死阶段表现出严重的腹泻，粪便性状评分和含水量显著更高，并且伴有钠、钾离子的明显流失，表明存在电解质失衡。这些表型提示脱水可能是致命因素。

吸收性肠细胞缺失是Il22^-/-小鼠离子转运蛋白减少的基础

为了探究严重腹泻的机制，研究团队对感染后第9天（峰值期）的结肠上皮细胞进行了深度定量蛋白质组学分析。结果显示，与野生型小鼠相比，Il22^-/-小鼠结肠中多个关键的离子转运蛋白和调节因子（如Slc26a3、Ca2、Ca4、Aqp8等）的丰度显著降低。qRT-PCR验证了这一发现。进一步的机制探索表明，IL-22并不直接调控这些转运蛋白的转录，而是Il22^-/-小鼠在感染后遭受了更严重的上皮损伤，导致表达这些转运蛋白的吸收性肠细胞（enterocytes）群体大量丢失，标记基因Alpi和Krt20的表达下调更为显著，从而引发了严重的吸收功能障碍和腹泻。

脱水是Il22^-/-小鼠感染后死亡的主要驱动因素

研究团队提出了核心假设：脱水是致死主因。为了验证这一点，他们从感染后第5天（腹泻开始时）起，对Il22^-/-小鼠实施了皮下补液疗法（FT）。结果令人振奋：补液疗法显著改善了小鼠的脱水临床指标（如皮毛、姿势、皮肤弹性），逆转了血清蛋白浓度、肾素、皮质酮和胱抑素C（反映脱水和高渗状态）的异常升高。最关键的是，尽管补液疗法没有阻止腹泻本身，但它实现了Il22^-/-小鼠的100%存活，并且小鼠体重后期得以恢复。这强有力地证明，纠正脱水足以避免死亡。

补液疗法不能减轻C. rodentium介导的病理损伤

挽救生命后，研究人员深入探究补液疗法是否影响了感染进程本身。结果发现，补液疗法并未降低粪便或全身器官中的细菌负荷，也未改变细菌在结肠隐窝的定植位点。同时，补液疗法对感染引起的肠道通透性增加、上皮屏障完整性破坏（E-钙黏蛋白染色）、结肠缩短、结肠重量/长度比增加、组织病理学评分以及隐窝增生（CCH）等病理指标均无改善作用。蛋白质组学和qRT-PCR分析也证实，补液疗法并未逆转离子转运蛋白的下调或上皮细胞组成的改变。这表明，补液疗法纯粹是一种支持性措施，通过纠正系统性脱水发挥作用，而不直接影响病原体或急性期病理过程。

补液疗法改变了细胞因子谱但不影响免疫细胞组成

对局部免疫应答的分析显示，补液疗法并未改变结肠中T细胞、CD4⁺T细胞、Th17细胞、Th1细胞、巨噬细胞、单核细胞或中性粒细胞等主要免疫细胞群体的丰度。Il22^-/-小鼠结肠中性粒细胞浸润增加，且补液疗法对此无影响。然而，在细胞因子水平上，补液疗法处理的Il22^-/-小鼠表现出结肠局部IL-17F和IL-10水平的显著升高，同时Reg3g（一种抗菌肽）的表达也更高。这提示，当水合状态恢复后，其他细胞因子通路（如IL-17F）可能被激活，以部分补偿IL-22的功能缺失。

补液疗法使Il22^-/-小鼠实现长期恢复

尽管急性期病理严重，但得到补液支持而存活的Il22^-/-小鼠最终能够像野生型小鼠一样清除C. rodentium。到感染后第20天和第48天，它们的结肠长度、组织学结构、隐窝增生等指标均逐渐恢复至正常水平。蛋白质组学分析也显示，到第20天，恢复的Il22^-/-小鼠与野生型小鼠的结肠上皮细胞蛋白表达谱趋于一致。血清参数和全血细胞计数也恢复正常，表明系统性炎症和疾病得到缓解。

恢复的Il22^-/-小鼠能抵抗C. rodentium的再次攻击

最后，研究团队测试了恢复后的Il22^-/-小鼠是否建立了保护性免疫。在初次感染清除三周后对小鼠进行再次攻击，发现这些Il22^-/-小鼠与野生型小鼠一样，体重下降轻微，腹泻程度轻，并能快速清除细菌，表明其黏膜适应性免疫应答完整，能够有效防御再次感染。

该研究结论清晰地表明，在C. rodentium感染模型中，IL-22的核心保护作用在于通过限制上皮损伤来预防致命的脱水，而非直接控制细菌或修复组织。当通过补液疗法维持水合状态时，机体存在有效的IL-22非依赖性机制来完成细菌清除和组织修复。这一发现实现了对IL-22在宿主防御中作用的认知范式转变，将焦点从传统的“抗菌”和“上皮修复”功能扩展到了“维持体液稳态”这一更根本的生理层面。此外，该研究具有重要的方法论意义，它强调了在临床前感染模型中纳入支持性护理（如补液）的必要性，这样的模型能更真实地反映临床实际情况，提高动物实验的转化价值。未来的研究将致力于阐明IL-22非依赖性恢复的具体分子通路，例如IL-17F和IL-10在其中扮演的角色，这将为理解肠道黏膜免疫和宿主防御提供新的见解，并可能为治疗某些肠道感染和炎症性疾病开辟新的辅助治疗思路。