免疫激活释放不饱和长链脂肪酸调控宿主-微生物跨界通讯的机制研究

本研究针对免疫反应如何通过代谢产物调控肠道菌群功能这一关键问题，揭示了免疫激活驱动磷脂酶PLA2G5介导的不饱和长链脂肪酸（uLCFAs）释放，诱导Blautia等共生菌表达oleate hydratase（OhyA）将毒性脂肪酸转化为具有免疫调节功能的羟基脂肪酸（10(OH)-FAs），从而建立宿主-微生物代谢对话的新机制，为炎症性肠病（IBD）等疾病的治疗提供了新靶点。

　　

肠道是人体内一个复杂的生态系统，宿主免疫系统与数以万亿计的微生物在此共舞。这种动态平衡一旦被打破，就可能引发一系列疾病，其中炎症性肠病（IBD）就是一个典型的例子。长期以来，科学家们观察到在IBD等炎症状态下，肠道菌群的组成和功能会发生显著改变，但驱动这些变化的内在机制，尤其是免疫系统激活后如何快速“通知”并“ reprogram”菌群，仍是一个未被完全揭示的黑箱。此前的研究多集中于长期的、慢性的炎症模型，而对于急性免疫应答如何瞬间改变肠道微环境，进而影响共生菌行为的“即时通讯”过程，知之甚少。

为了解决这一科学难题，来自瑞士日内瓦大学（University of Geneva）的Simone Becattini教授团队在《Cell Host & Microbe》上发表了一项开创性研究。他们发现，免疫系统被激活后，会像释放信号弹一样，向肠道腔内释放一类特殊的脂质分子——不饱和长链脂肪酸（unsaturated long-chain fatty acids, uLCFAs），这些分子不仅是细菌的“食物”或“毒药”，更是一把关键的“信号钥匙”，能够开启共生菌的适应性反应程序，最终产生抑制炎症的代谢产物，形成一个精巧的宿主-微生物跨界对话（trans-kingdom communication）回路。

为了开展这项研究，研究人员综合运用了多种前沿技术方法。他们首先构建了一个简化的肠道微生物模型（4-mix consortium），利用双RNA测序（dual RNA-seq）技术同时分析宿主肠道组织和肠道微生物在小鼠免疫激活后的转录组变化。通过脂质组学分析检测了肠道内容物中脂肪酸的组成变化。他们运用了基因敲除小鼠模型（包括Pla2g5^-/-、Tlr5^-/-、Myd88^-/-等）来验证特定基因的功能。在机制探索上，他们采用了体外细菌培养、酶活性分析、重组蛋白表达与纯化、肠道类器官（organoid）培养以及体外T细胞极化实验等技术手段。此外，还利用16S rRNA测序和qPCR来监测菌群的变化。

uLCFAs在免疫激活后在肠道腔内积累，并诱导Blautia producta的ohyA基因表达

研究人员通过腹腔注射鞭毛蛋白（flagellin）模拟急性免疫激活，发现这不仅引起了宿主肠道组织的强烈转录反应，也迅速改变了四种定植共生菌的基因表达谱。基因集富集分析（GSEA）提示，宿主脂质代谢通路和细菌的脂肪酸代谢通路均发生显著改变。他们特别关注到一个细菌基因——ohyA（编码油酸水合酶，oleate hydratase），其在鞭毛蛋白或抗CD3抗体注射后表达显著上调。脂质组学分析证实，免疫激活后，小鼠盲肠内容物中的uLCFAs（如油酸OA (18:1)、亚油酸LA (18:2)和花生四烯酸AA (20:4)）水平显著升高。体外实验证明，多种uLCFAs（OA, LA, LnA, AA, 16:1）能直接诱导Blautia producta中ohyA的表达，而饱和脂肪酸则无此作用。

uLCFAs的腔内释放由宿主磷脂酶部分介导，包括PLA2G5

通过对宿主转录组数据的挖掘，研究人员发现编码分泌型磷脂酶A2（sPLA2）的Pla2g5基因在免疫激活后表达显著上调。在Pla2g5基因敲除（Pla2g5^-/-）小鼠中，鞭毛蛋白诱导的腔内OA积累和Blautia producta ohyA的表达上调均被显著削弱。体外实验表明，用重组或组织来源的sPLA2处理盲肠组织，其培养上清液能诱导ohyA表达，且该效应可被sPLA2抑制剂varespladib阻断。单细胞RNA测序（scRNA-seq）数据和类器官实验表明，肠上皮细胞（IECs）是Pla2g5的主要来源，其表达受细胞因子（如IL-22或TNF-α + IFN-γ）的诱导。这一通路在多种免疫模型（LPS注射、T细胞转移结肠炎、沙门氏菌感染）中均被激活，表明其是一种保守的免疫-微生物通讯机制。

Blautia producta OhyA编码一种功能性油酸水合酶

研究人员成功克隆并表达了Blautia producta的OhyA，证实其能在还原条件下，以FADH₂为辅因子，将多种Δ9-uLCFAs（OA, LA, LnA）水合生成相应的10-羟基脂肪酸（10-hydroxy fatty acids），例如将OA转化为10-羟基硬脂酸（HYB）。在体内，鞭毛蛋白注射后，确实能在盲肠内容物中检测到HYB和10-羟基亚油酸（HYA）的积累。系统发育分析显示，ohyA基因广泛存在于许多被认为有益健康的肠道共生菌中，如Blautia、Lactobacillus和Bifidobacterium。

OhyA对于清除对Blautia有毒性的uLCFAs是必需的

研究发现，uLCFAs（如OA）对Blautia producta具有毒性，而其水合产物（如HYB）则无毒。通过成功构建Blautia luti（一种与Blautia producta亲缘关系密切的菌种）的ohyA基因敲除株（ΔohyA），他们证实缺失ohyA的菌株对OA更加敏感，存活率下降。在体内定植竞争中，ΔohyA菌株相比野生型菌株也表现出明显的竞争劣势。这表明OhyA介导的解毒功能对于Blautia在富含uLCFAs的肠道环境中生存至关重要。

10(OH)-FAs在体外对T细胞具有免疫调节活性

研究进一步探索了细菌代谢产物的功能。他们发现，OhyA催化产生的10(OH)-FAs（HYA和HYB）在体外能显著抑制在Th1和Th17极化条件下的IFN-γ和IL-17的产生，且这一效应不依赖于抗原呈递细胞（APC），表明其直接作用于T细胞。这种抑制作用是剂量依赖性的，并且亲本的uLCFAs（OA, LA）仅表现出微弱且不一致的抑制效果。初步的机制探索表明，HYA和HYB的免疫抑制效应可能不通过已知的脂肪酸受体（如GPR40/120或PPAR-α/γ）介导。

口服uLCFAs可广泛重编程共生菌的转录组，部分模拟免疫激活的效果

最后，研究人员通过直接给小鼠灌胃uLCFAs（OA+LA混合物），发现这能在很大程度上重现鞭毛蛋白注射所诱导的细菌转录组变化，包括ohyA的上调和HYA/HYB的产生。这表明膳食来源的uLCFAs同样可以激活这条细菌适应性通路。在Pla2g5^-/-小鼠中，鞭毛蛋白诱导的Blautia特征基因上调被削弱，进一步支持了PLA2G5在该通路中的重要作用。体外细菌培养实验证实，uLCFAs能直接调控Blautia producta的基因表达。

本研究揭示了一条前所未有的、保守的“免疫-脂质-微生物”轴（immune-lipid-microbiota axis）。急性免疫激活通过细胞因子（如IL-22, TNF-α, IFN-γ）诱导肠上皮细胞表达PLA2G5，该酶水解磷脂释放uLCFAs到肠腔。这些uLCFAs一方面对某些细菌（如Blautia）具有毒性，另一方面则作为信号分子，刺激共生菌启动适应性反应，其核心是上调ohyA的表达。OhyA将有毒的uLCFAs转化为无毒的、具有抗炎活性的10(OH)-FAs（如HYB和HYA）。这些羟基脂肪酸不仅能保护细菌自身免受毒害，维持其在肠道内的定植优势，还能直接抑制宿主的促炎性T细胞（Th1/Th17）反应，从而可能帮助宿主缓解炎症，形成一个负反馈调节回路。

该研究的重大意义在于：首先，它发现了一类新的宿主来源的免疫信使分子（uLCFAs），阐明了其调控菌群功能的具体机制。其次，它将细菌的代谢适应（ohyA表达）与宿主的免疫状态直接联系起来，为理解共生菌如何有益于宿主健康提供了全新的分子视角。最后，该发现具有重要的转化医学潜力。膳食补充uLCFAs（如富含OA的橄榄油）可能模拟免疫激活的效应，诱导菌群产生抗炎代谢物，这为通过营养干预或靶向ohyA通路来治疗IBD等炎症性疾病提供了新颖的策略。