肠道微生物代谢产物I3CA通过增强Th17细胞致病性驱动多发性硬化症神经炎症

本研究针对肠道-脑轴在多发性硬化症(MS)中的作用机制，通过抗生素干预和粪菌滤液实验，发现微生物代谢产物吲哚-3-羧酸盐(I3CA)可促进髓鞘特异性Th17细胞的致病性转化，加速实验性自身免疫性脑脊髓炎(EAE)疾病进程，并在MS患者中证实I3CA水平与血清神经丝轻链(sNfL)呈正相关，为MS治疗提供了新的代谢靶点。

　　

多发性硬化症(Multiple Sclerosis, MS)作为一种中枢神经系统自身免疫性疾病，已成为青少年神经功能障碍的主要原因之一，但目前仍缺乏根治手段。近年来，肠道-脑轴作为环境因素在MS发病中的作用日益受到关注，特别是肠道微生物群与免疫系统的相互作用机制。研究表明，MS患者存在肠道菌群失调现象，且肠道中炎症性T淋巴细胞（尤其是Th17细胞）的增加与疾病活动性相关。然而，微生物群具体通过何种机制调控Th17细胞的致病性转化，以及如何影响神经炎症进程，这些关键问题尚未得到明确解答。

为此，研究人员利用转基因TCRMOG 2D2小鼠的Th17细胞过继转移实验性自身免疫性脑脊髓炎(Experimental Autoimmune Encephalomyelitis, EAE)模型，结合抗生素干预、代谢组学分析和人类队列验证，深入探究了肠道微生物代谢产物在Th17细胞致病性转化中的作用及其临床意义。

研究主要采用以下关键技术方法：1）通过抗生素处理破坏小鼠肠道微生物组；2）利用流式细胞术分析肠道和中枢神经系统免疫细胞表型；3）RNA测序分析Th17细胞的转录组特征；4）非靶向和靶向代谢组学检测粪便和血浆代谢物；5）采用50名MS患者队列分析血浆I3CA水平与血清神经丝轻链(sNfL)的相关性。

抗生素处理降低过继转移Th17细胞EAE模型的疾病严重程度并调节肠道中髓鞘特异性Th17细胞

研究人员发现，抗生素处理显著减轻了EAE的神经症状，延迟了临床评分，并减少了中枢神经系统中TCRMOG 2D2 Th17细胞的浸润数量。然而，抗生素处理并未影响中枢神经系统中Th17细胞的极化状态，表明Th17细胞可能在到达中枢神经系统之前就已获得致病特性。

通过从结肠中分离TCRMOG 2D2 Th17细胞并进行流式细胞术和转录组分析，研究发现抗生素处理显著降低了Th17细胞中炎症因子IFN-γ和趋化因子受体CXCR6的表达。RNA测序分析显示，来自对照小鼠的Th17细胞高表达多种促炎基因（包括Ifng、Itgam、Ly6a和Ly6c2）。基因集富集分析表明，抗生素处理下调了Th17细胞对细菌反应、趋化作用和免疫效应过程相关通路。更重要的是，抗生素处理显著降低了Th17细胞的致病特征评分，而不影响其干细胞样特征。

微生物来源的粪便滤液以微生物依赖的方式增强髓鞘特异性Th17细胞的致病性

通过16S rRNA测序分析发现，抗生素处理显著改变了小鼠肠道微生物组成，降低了微生物多样性，减少了色氨酸合成菌属（如双歧杆菌）的丰度。研究人员假设微生物代谢产物足以诱导Th17细胞从干细胞样特征向致病特征转化。

体外实验表明，用野生型小鼠的粪便滤液处理TCRMOG 2D2 Th17细胞，可显著增加IFN-γ产生细胞和CXCR6表达细胞的比例，而抗生素处理小鼠的粪便滤液则无此效应。体内实验进一步证实，经对照粪便滤液处理的Th17细胞(cFTh17)过继转移后，能诱发更严重的EAE疾病，表现为更高的累积评分和更早的疾病发作。值得注意的是，即使在抗生素处理的小鼠中，注射经对照粪便滤液预处理的Th17细胞仍能恢复其致脑炎能力，表明微生物成分足以逆转抗生素的保护作用。

肠道来源的色氨酸代谢产物I3CA在对照小鼠粪便中富集并增强髓鞘特异性Th17细胞的致病性

非靶向代谢组学分析显示，抗生素处理小鼠与对照小鼠的粪便代谢物组成存在显著差异，色氨酸代谢途径的代谢物在对照小鼠粪便中显著富集。其中，吲哚-3-羧酸盐(Indole-3-carboxylate, I3CA)在对照小鼠中的水平比微生物群缺失小鼠高8倍，且与EAE疾病累积评分呈正相关。

体外实验发现，I3CA处理可剂量依赖性地增强Th17细胞中IFN-γ和CXCR6的表达，模拟了粪便滤液的效应。然而，I3CA对RORγT和IL-17共表达细胞频率的影响较小，表明其特异性促进Th17细胞的致病性转化而非初始极化。

肠道来源的色氨酸代谢产物I3CA增强髓鞘特异性Th17细胞的致脑炎性并加重EAE疾病严重程度

为验证I3CA的体内功能，研究人员对小鼠进行口服I3CA灌胃处理。结果显示，I3CA处理显著增加了结肠中TCRMOG 2D2 Th17细胞的IFN-γ产生和CXCR6表达，但不影响内源性免疫细胞群，表明I3CA主要作用于转移的髓鞘特异性T细胞。

在EAE模型中，I3CA处理小鼠表现出疾病严重程度增加、累积评分升高和疾病发作提前的趋势。在抗生素处理的小鼠中，I3CA给药使疾病发作提前了2天，进一步证实了I3CA在促进神经炎症中的关键作用。

I3CA与多发性硬化症患者血清NfL水平相关

最后，研究人员在50名MS患者中验证了I3CA的临床意义。通过非靶向代谢组学分析，发现I3CA是sNfL高水平MS患者中最显著富集的代谢物。靶向分析进一步证实，血浆I3CA水平与sNfL Z评分呈正相关，且sNfL高评分患者的I3CA水平显著升高。值得注意的是，I3CA水平与EDSS评分、疲劳评分、GFAP水平或疾病持续时间无关，且MS患者与健康对照之间的I3CA水平无显著差异，表明I3CA可能作为疾病严重程度的生物标志物而非诊断标志物。

研究结论与讨论部分指出，肠道微生物代谢产物I3CA通过促进Th17细胞致病性转化，在神经炎症中发挥关键作用。这一发现不仅揭示了肠道-脑轴在MS中的具体作用机制，也为开发针对微生物代谢产物的治疗策略提供了新思路。值得注意的是，不同吲哚衍生物在EAE和MS中可能发挥相反作用，提示色氨酸代谢具有复杂性和多样性。未来研究需要进一步探索各种吲哚衍生物对神经炎症中不同细胞类型的影响，以及通过调节肠道微生物群干预色氨酸代谢途径的治疗潜力。