梭状芽孢杆菌通过tDC-Treg轴缓解哮喘：肠道菌群代谢物色氨酸衍生物的关键作用

《Scientific Reports》：Clostridium leptum attenuates allergic airway inflammation via tDC?Treg axis activation in a murine model of gut dysbiosis-associated asthma

本研究针对哮喘患者常伴发的肠道菌群失调问题，探讨了口服梭状芽孢杆菌（Clostridium leptum, CL）的干预效果。研究人员发现，CL通过恢复肠道菌群多样性，促进色氨酸代谢产生吲哚-3-丙酸（IPA）等代谢物，进而抑制肺内树突状细胞（DC）的TLR2/4-NF-κB信号通路，诱导耐受性树突状细胞（tDC）和调节性T细胞（Treg）分化，最终缓解过敏性气道炎症。该研究揭示了CL通过“肠道菌群-代谢物-免疫”轴发挥抗炎作用的新机制，为开发靶向肠道菌群的哮喘治疗新策略提供了理论依据。

　　

哮喘是一种常见的慢性气道炎症性疾病，其发病机制复杂，涉及辅助性T细胞2（Th2）和Th17细胞的过度活化，以及调节性T细胞（Treg）功能的相对不足。尽管吸入性糖皮质激素（ICS）是治疗哮喘的一线药物，但部分患者对其反应不佳，且长期使用可能带来副作用。近年来，越来越多的证据表明，肠道菌群失调与哮喘的发生发展密切相关，这为哮喘的治疗提供了新的思路。肠道菌群通过其代谢产物，如短链脂肪酸和色氨酸代谢物，参与调节宿主的免疫系统，形成“肠道-肺轴”的免疫对话。其中，梭状芽孢杆菌（Clostridium leptum, CL）作为肠道中的一种重要有益菌，被证实能够诱导肠道Treg细胞的分化，但其在哮喘治疗中的具体作用机制尚不明确。

为了回答这一问题，来自南京医科大学附属常州第二人民医院儿科的研究团队在《Scientific Reports》上发表了一项研究，他们利用卵清蛋白（OVA）致敏联合抗生素诱导肠道菌群失调的小鼠模型，深入探讨了口服CL对过敏性气道炎症的缓解作用及其背后的分子机制。研究发现，CL通过恢复肠道菌群多样性，促进色氨酸代谢产生吲哚-3-丙酸（IPA）等代谢物，进而抑制肺内树突状细胞（DC）的TLR2/4-NF-κB信号通路，诱导耐受性树突状细胞（tDC）和Treg细胞分化，最终缓解过敏性气道炎症。该研究揭示了CL通过“肠道菌群-代谢物-免疫”轴发挥抗炎作用的新机制，为开发靶向肠道菌群的哮喘治疗新策略提供了理论依据。

关键实验方法

本研究采用卵清蛋白（OVA）致敏联合抗生素诱导的肠道菌群失调-哮喘共病小鼠模型。实验动物为雌性BALB/c小鼠，通过腹腔注射OVA进行致敏，并给予抗生素饮水以破坏肠道菌群，随后进行OVA雾化吸入以诱导哮喘。干预措施包括口服CL菌液、布地奈德（BUD）雾化吸入以及两者联合治疗。研究团队运用了16S rRNA测序分析肠道菌群，非靶向和靶向代谢组学（LC-MS）检测代谢物，流式细胞术分析免疫细胞亚群（tDC和Treg），酶联免疫吸附试验（ELISA）检测细胞因子，以及免疫组化（IHC）、蛋白质印迹（Western blot）和实时荧光定量PCR（qRT-PCR）等技术分析相关信号通路。此外，还通过体外培养骨髓来源的树突状细胞（BMDC）进行了机制验证实验。

研究结果

1. 口服CL缓解肠道菌群失调及结肠组织损伤

研究首先证实了CL对肠道健康的保护作用。在抗生素诱导的肠道菌群失调-哮喘（IDFAA）模型中，小鼠出现了体重下降、结肠缩短和结肠组织损伤。口服CL干预后，小鼠的体重恢复，结肠长度增加，结肠组织的病理损伤（如黏膜损伤、炎症细胞浸润）得到显著改善。同时，CL上调了结肠组织中紧密连接蛋白ZO-1和Occludin的表达，增强了肠道屏障功能，并降低了促炎因子IL-6的水平。

2. CL调节肠道菌群结构及功能

16S rRNA测序分析显示，IDFAA模型导致小鼠肠道菌群多样性显著降低。CL干预后，菌群的α多样性（丰富度）得到恢复，β多样性（群落结构）发生显著改变。在分类学水平上，CL处理增加了普雷沃氏菌科（Prevotellaceae）和疣微菌门（Verrucomicrobia）的丰度，同时降低了毛螺菌科（Lachnospiraceae）的丰度。功能预测分析（PICRUSt2）表明，CL干预显著富集了色氨酸代谢通路。

3. CL促进色氨酸代谢产生免疫调节性吲哚衍生物

代谢组学分析发现，IDFAA模型小鼠血清中的色氨酸代谢物水平显著降低，包括吲哚-3-丙酸（IPA）、吲哚-3-乳酸（ILA）和吲哚-3-乙酸（IAA）。CL干预后，这三种吲哚衍生物的水平均显著升高，其中IPA的变化最为显著。ELISA定量分析进一步证实了CL对血清中IPA、ILA和IAA水平的提升作用。

4. CL缓解气道高反应性及肺部炎症

通过无创体描箱检测气道高反应性（AHR），研究发现IDFAA模型小鼠对乙酰甲胆碱（MCh）的反应性显著增强，而CL干预显著降低了AHR，其效果与布地奈德（BUD）相当。此外，CL治疗显著减少了支气管肺泡灌洗液（BALF）中的总炎症细胞和嗜酸性粒细胞计数，并改善了肺组织的病理损伤，减轻了气道周围的炎症细胞浸润。

5. CL调节T细胞反应，抑制Th2/Th17并促进Th1/Treg分化

为了探究CL的免疫调节机制，研究人员检测了T细胞亚群的变化。结果显示，CL干预显著降低了Th2细胞分化转录因子Gata-3和Th17细胞分化转录因子Roryt的表达，同时下调了Th2相关细胞因子（IL-4, IL-5, IL-13）和Th17相关细胞因子（IL-17A）的水平。相反，CL上调了Th1细胞分化转录因子T-bet的表达，并促进了Th1相关细胞因子（IL-2, TNF-α, IFN-γ）的分泌。更重要的是，CL显著增加了肺和脾脏中CD4⁺CD25⁺Foxp3⁺Treg细胞的比例，并上调了Foxp3的表达。

6. CL诱导耐受性树突状细胞（tDC）并促进Treg分化

流式细胞术分析显示，IDFAA模型小鼠肺和脾脏中成熟树突状细胞（mDC, CD11c⁺CD80⁺CD86⁺）的比例增加，而耐受性树突状细胞（tDC, CD11c⁺CD80^-CD86^-）的比例减少。CL干预后，tDC的比例显著增加，而mDC的比例下降。同时，CL处理增加了血清中Treg分化相关的细胞因子IL-10和TGF-β的水平，并降低了mDC分泌的促炎因子IL-12p40的水平，表明CL通过诱导tDC来促进Treg的分化。

7. CL通过抑制TLR2/4信号通路发挥免疫调节作用

机制研究发现，IDFAA模型小鼠肺组织中Toll样受体2（TLR2）和TLR4的表达显著上调，并激活了下游的MyD88/IRAK4/TRAF6信号通路。CL干预显著抑制了TLR2和TLR4的表达及其下游信号分子的活化。进一步分析下游通路发现，CL抑制了MAPK通路（p-ERK, p-JNK, p-p38）和IRF3通路（p-IRF3）的激活，并抑制了NF-κB通路中p-p65的核转位，但对AKT通路的抑制作用较弱。

8. IPA通过TLR4而非AhR信号介导CL的免疫调节作用

体外实验进一步验证了代谢物IPA的作用机制。在骨髓来源的树突状细胞（BMDC）中，外源性IPA处理能够诱导tDC表型，而脂多糖（LPS, TLR4激动剂）可以逆转IPA的这一效应。然而，芳基烃受体（AhR）拮抗剂CH223191并不能阻断IPA诱导的tDC分化。这表明，CL来源的IPA主要通过TLR4信号通路，而非AhR信号通路，来发挥其免疫调节作用。

结论与讨论

本研究系统性地阐明了梭状芽孢杆菌（Clostridium leptum, CL）通过“肠道菌群-代谢物-免疫”轴缓解过敏性气道炎症的新机制。研究证实，口服CL能够恢复肠道菌群多样性，富集色氨酸代谢通路，并促进IPA、ILA和IAA等免疫调节性吲哚衍生物的生成。这些代谢物通过抑制肺内树突状细胞的TLR2/4-NF-κB信号通路，诱导耐受性树突状细胞（tDC）的分化，进而促进调节性T细胞（Treg）的扩增，同时抑制Th2和Th17细胞的过度活化，最终实现免疫耐受的重建和气道炎症的缓解。

该研究的创新之处在于，首次将CL的免疫调节作用与色氨酸代谢物（特别是IPA）的TLR4信号通路联系起来，揭示了其不同于传统短链脂肪酸（SCFA）或AhR信号通路的独特作用机制。此外，研究还发现CL与布地奈德（BUD）联合治疗具有协同效应，为临床上治疗糖皮质激素不敏感或难治性哮喘提供了新的联合治疗策略。这些发现不仅深化了我们对“肠道-肺轴”免疫对话机制的理解，也为开发基于微生物代谢物的“药物微生物组”疗法提供了重要的理论依据和实验证据。