肠道菌群性别依赖性调控急性呼吸窘迫综合征：Bacteroides acidifaciens通过肠-肺轴影响肺部炎症的机制研究

本研究发现肠道共生菌Bacteroides acidifaciens（BA）通过性别依赖性方式调控急性呼吸窘迫综合征（ARDS）的严重程度。在雄性小鼠中，BA预处理通过上调IL-22、增强γδ T细胞活性和强化肠道紧密连接蛋白（Claudin-2/4）表达，显著改善肺功能并减轻炎症；而雌性小鼠则呈现Th17反应增强、中性粒细胞浸润加剧、IgA免疫激活及肠道屏障破坏等恶化表型。该研究揭示了肠-肺轴中微生物-免疫互作的性别二态性，为基于微生物组的个性化ARDS治疗提供新视角。

　　

1 引言

急性呼吸窘迫综合征（ARDS）是一种以严重肺部炎症、肺泡通透性增加和气体交换障碍为特征的致命性疾病，常由感染、创伤或脓毒症触发，具有高发病率及死亡率。COVID-19大流行期间，SARS-CoV-2感染重症常进展为ARDS，凸显其临床重要性。研究表明，COVID-19相关ARDS患者肠道和肺部微生物组广泛改变，菌群失调与免疫功能障碍及临床结局恶化相关。尽管支持治疗取得进展，ARDS的靶向治疗仍缺乏有效性。

近年来，肠-肺轴作为调控肺免疫的关键通路受到关注。肠道菌群组成破坏可影响全身免疫状态和上皮屏障完整性，进而远程调控肺部等器官功能。实验模型表明，肠道菌群失调可通过改变细胞因子谱、微生物代谢物水平和白细胞迁移加剧肺部炎症。共生微生物还可通过信号分子调控造血和免疫细胞发育，从而影响宿主对过敏及炎症性疾病的易感性。

在众多共生菌中，Bacteroides acidifaciens（BA）因在黏膜组织中的免疫调节特性备受关注。BA在多种炎症条件下富集，并在宿主免疫中发挥情境依赖性作用。雄性小鼠中，BA可通过上调紧密连接蛋白和促进IL-22产生增强肠道屏障功能，缓解DSS诱导的结肠炎严重程度。BA还与抵抗CD95介导的肝细胞凋亡和全身炎症相关。相反，雌性小鼠 colonized with BA 显示炎症反应加剧，包括IgA产生增加、T细胞极化和屏障功能破坏，表明该微生物对宿主免疫存在性别特异性影响。

免疫应答的性别差异日益被认为是疾病易感性和治疗反应的关键变量。雄性与雌性在激素调控、菌群组成和免疫细胞功能方面存在差异，然而大多数临床前研究历史上依赖雄性动物。理解BA如何在不同性别中差异调节炎症，可能揭示微生物-免疫互作的新机制，并为个性化干预提供新方向。

2 材料与方法

本研究使用8-10周龄C3H/HeJ雄性和雌性小鼠，在无特定病原体（SPF）条件下饲养。实验分为四组：野生型对照、BA单独处理、SEB单独处理及BA+SEB联合处理。每组每个性别包含3-5只小鼠，雄性数据来自两个独立生物学重复，雌性数据来自三个独立实验。

BA在厌氧条件下培养，通过口服灌胃接种（1×10⁹ CFU/只）。ARDS通过葡萄球菌肠毒素B（SEB）诱导：小鼠先经鼻内给予5 μg SEB，2小时后腹腔注射2 μg SEB。所有小鼠在SEB攻击后72小时处死，收集临床参数和组织样本用于组织学、分子和免疫学评估。

肺功能通过全身体积描记法评估，包括气道收缩（Penh）、暂停（PAU）和呼吸频率（f）测量。氧饱和度通过MouseOx Plus脉搏血氧仪非侵入性测量。组织样本通过H&E染色进行组织学评分（Matute-Bello标准用于肺损伤，Cooper系统用于结肠损伤）。

RNA测序使用Illumina NovaSeq 6000平台进行，差异表达基因（DEGs）通过DESeq2分析（FDR < 0.05），并通过Ingenuity Pathway Analysis（IPA）进行通路富集分析。qPCR检测肺组织Il17a、Il22、Il1b、Tnfa、Il6及结肠组织Muc2、Muc3、Cldn2、Cldn4表达。ELISA检测BALF中IL-17、IL-22和IgA水平。肠道通透性通过FITC-葡聚糖 assay 评估。流式细胞术分析肺单细胞悬液中免疫细胞群体，包括中性粒细胞（Ly6G⁺Ly6C⁺）、Th17细胞（CD4⁺IL-17⁺）、调节性T细胞（CD4⁺Foxp3⁺）和细胞毒性T细胞（CD4^-CD8⁺）。

统计学分析使用GraphPad Prism v9.0，组间差异通过单因素ANOVA及Tukey多重比较检验评估，p < 0.05认为显著。

3 结果

3.1 BA以性别依赖性方式调节SEB诱导的ARDS症状

BA预处理在雄性小鼠中显著改善肺功能，降低气道阻力（Penh）和支气管收缩（Pau），提高呼吸频率（f）和氧饱和度（SpO₂），并减轻体重丢失。相反，雌性小鼠 colonized with BA 显示体重丢失加剧、肺功能恶化（Penh和Pau升高，呼吸频率降低）及氧饱和度下降。PCR分析证实BA定植成功，但雄性小鼠BA丰度显著高于雌性，表明肠道定植效率存在性别差异。

3.2 BA colonization 差异性影响雄性和雌性小鼠肺病理学

组织学评估显示，BA+SEB处理的雄性小鼠肺泡结构保存良好，炎症细胞浸润减少，肺损伤评分显著降低。而雌性小鼠则呈现肺泡壁增厚、中性粒细胞浸润增加和蛋白性 debris，损伤评分显著升高。两因素ANOVA分析证实BA+SEB组中雌性肺损伤评分显著高于雄性。

3.3 BA colonization 以性别特异性方式调节SEB诱导的ARDS期间肺细胞因子表达

在雄性小鼠中，BA+SEB处理显著上调IL-22 mRNA和蛋白表达，同时抑制IL-17、TNFα、IL-1β和IL-6表达。雌性小鼠中，BA+SEB处理降低IL-22水平，维持IL-17高表达，并增加TNFα产生。两因素ANOVA显示，BA+SEB雄性IL-22表达显著高于雌性，而IL-17、IL-1β和IL-6表达在雌性中更高。

3.4 BA诱导ARDS期间肺免疫细胞群体的性别依赖性变化

流式细胞术分析显示，BA+SEB处理的雌性小鼠中性粒细胞、Th17细胞和细胞毒性T细胞比例显著增加，调节性T细胞减少。雄性小鼠则显示中性粒细胞和细胞毒性T细胞减少，并出现CD3⁺CD4^-CD8^-NK1.1^-CD19^-Foxp3^-CD44⁺CD45⁺细胞群体（可能为γδ T细胞）扩增。

3.5 BA以不同方式改变雄性和雌性肠-肺轴信号

在雄性小鼠中，BA+SEB处理上调结肠Muc2、Cldn2和Cldn4表达，降低肠道通透性（FITC-葡聚糖 assay），并 preserve 结肠组织结构。雌性小鼠中，BA+SEB处理降低Muc2和Muc3表达， tight junction 蛋白表达变化不一致，肠道通透性增加，结肠组织显示 crypt 结构破坏和炎症细胞浸润。

3.6 性别依赖性免疫调节与IgA应答改变相关

RNA测序和IPA分析显示，BA+SEB处理的雌性小鼠肺组织中B细胞分化和IgA类别转换相关基因（Cd19、Cr2、Jchain、Pax5、Ighm）显著富集。免疫荧光和ELISA证实雌性小鼠肺组织和BALF中IgA水平升高，而雄性小鼠IgA水平在BA+SEB处理后下降。

3.7 雌激素抑制 attenuates BA诱导的雌性SEB触发ARDS恶化

使用芳香酶抑制剂Letrozole抑制雌激素合成后，BA+SEB处理的雌性小鼠体重丢失减轻、肺功能改善、肺损伤评分降低，同时TNFα和IL-17A水平下降，但IL-22表达也受到抑制。肺组织IgA水平在Letrozole处理后显著降低，表明雌激素参与BA驱动的IgA免疫激活和炎症加剧。

4 讨论

本研究揭示BA colonization 通过性别依赖性方式调控SEB诱导的ARDS：在雄性小鼠中发挥保护作用，而在雌性小鼠中加剧疾病。这种差异与雄性中IL-22上调、γδ T细胞扩增和肠道屏障强化相关，而雌性则呈现Th17反应增强、IgA免疫激活和屏障功能破坏。

组织学和细胞因子数据支持BA在雄性中促进抗炎和上皮修复途径，而在雌性中驱动炎症反应。流式细胞术进一步证实雌性中性粒细胞和Th17细胞增加，雄性则出现潜在保护性γδ T细胞群体。肠-肺轴分析表明，BA在雄性中增强肠道屏障功能，减少菌群 translocation，而在雌性中破坏屏障完整性。

转录组学突出雌性IgA相关通路激活，可能与免疫复合物形成和补体激活相关。Letrozole实验证实雌激素在雌性不良反应中的关键作用，抑制雌激素可逆转BA的恶化效应，但同时抑制IL-22表达，提示激素调控的复杂性。

5 局限性与未来方向

本研究样本量较小，未来需扩大队列增强统计效力。未进行全微生物组分析，难以评估BA在菌群背景下的作用。γδ T细胞身份需通过TCR特异性抗体验证。雌激素下游靶点（如IgA调控和Th17极化）需进一步探索。BA衍生代谢物或外膜囊泡（OMVs）的作用尚未直接评估。

6 结论

BA通过性别依赖性机制调控ARDS：在雄性中促进免疫稳态和上皮保护，在雌性中通过雌激素依赖性途径触发IgA和Th17介导的炎症。该研究强调宿主性别、激素微环境和免疫 landscape 在微生物-宿主互作中的重要性，为基于微生物组的个性化治疗提供理论基础。