大肠杆菌541-15通过CX3CR1+APC-IL-10通路抑制肠道菌群特异性Th1细胞并改善结肠炎

为解决肠道菌群特异性T细胞失衡加剧炎症性肠病（IBD）的问题，研究人员开展 adherent-invasive Escherichia coli 541-15 调控肠道免疫机制的研究。发现该菌株通过促进CX3CR1+APC产生IL-10，抑制致病性Th1细胞并增加RORγt+FoxP3+ Treg细胞比例，从而改善DSS诱导和T细胞转移的结肠炎。该研究揭示了微生物特异性免疫调控新机制，为IBD治疗提供新思路。

　　

肠道是人体内最大的免疫器官，每天都需要应对来自食物、微生物等各种抗原的挑战。在健康状态下，肠道免疫系统能够区分无害的共生微生物和有害的病原体，维持一种精细的平衡状态。然而，当这种平衡被打破，就可能引发炎症性肠病（IBD）等慢性炎症性疾病。近年来，研究表明肠道菌群在调节免疫反应中发挥着关键作用，特别是某些特定的细菌菌株可能具有抑制过度免疫反应的保护性功能。

尽管研究人员已经知道肠道菌群整体上对免疫系统的成熟和功能至关重要，但单个菌株如何调控肠道免疫反应，尤其是在炎症条件下如何影响菌群特异性T细胞的分化和功能，仍然有许多未知之处。IBD患者通常表现出对肠道菌群的异常免疫反应，包括增加的特征性辅助性T细胞1（Th1）和辅助性T细胞17（Th17）反应，以及调节性T细胞（Treg）功能的受损。因此，寻找能够调节这种免疫失衡的特定微生物，并阐明其作用机制，对于开发新的治疗策略具有重要意义。

为了解决这些问题，Gretchen E. Diehl团队在《Cell Reports》上发表了一项研究，探讨了adherent-invasive Escherichia coli strain 541-15（一种从IBD患者中分离出的大肠杆菌菌株）在结肠炎模型中的保护性作用及其免疫调控机制。研究人员通过体内外实验结合基因工程小鼠模型，发现该菌株 colonization 能够通过促进CX3CR1⁺抗原呈递细胞（APC）产生白细胞介素10（IL-10），从而抑制菌群特异性Th1细胞反应，并增加肠道内RORγt⁺FoxP3⁺ Treg细胞的比例，最终减轻结肠炎病理表现。

研究主要应用了以下关键技术方法：采用DSS诱导的急性结肠炎模型和Rag2^-/-小鼠的T细胞转移结肠炎模型；利用IL-10报告小鼠（VertX）和细胞特异性基因敲除小鼠（如CX3CR1-CreERT2、CD4-Cre、Lgr5-CreERT2等）进行细胞来源和功能分析；通过流式细胞术检测肠道免疫细胞群和细胞因子表达；使用Nur77上调检测和MHCII tetramer（CBir1）技术分析菌群特异性T细胞反应；体外T细胞再刺激实验评估抗原特异性细胞因子产生；组织病理学分析评估结肠炎症损伤。

E.coli 541-15 colonization promotes microbiota-specific Treg cells

研究人员首先在DSS结肠炎恢复期（第14天）分析了E. coli 541-15定植对肠道T细胞反应的影响。发现与未定植对照组相比，定植小鼠体重丢失减少、结肠长度增加、炎症标志物脂钙蛋白2（lipocalin-2, Lcn2）水平降低，病理组织学评分改善。流式细胞术分析显示，定植小鼠结肠中CD4⁺ T细胞数量减少，主要是Th1细胞（IFN-γ⁺）数量下降，而Treg细胞数量无显著变化，但Treg/Th1细胞比率升高。更重要的是，定植增加了RORγt⁺FoxP3⁺ Treg细胞的比例，这群细胞具有抑炎功能。进一步通过体外再刺激实验发现，定植小鼠来源的CD4⁺ T细胞在接触菌群裂解物后，Nur77⁺ T细胞中FoxP3⁺ Treg频率升高而Th1频率降低。利用CBir1 tetramer检测共生菌鞭毛蛋白特异性T细胞，发现定植小鼠结肠中CBir1特异性Th1细胞减少而Treg细胞增加，表明E. coli 541-15能够调控菌群特异性T细胞反应向抗炎方向极化。

Treg cells protect from colitis after E. coli 541-15 colonization

为了验证适应性免疫在E. coli 541-15介导保护中的作用，研究人员在Rag2^-/-（缺乏T、B细胞）小鼠中进行DSS实验，发现定植不再提供保护作用，表明该过程依赖适应性免疫。在T细胞转移结肠炎模型中，定植小鼠在接受初始CD4⁺ T细胞转移后表现出较轻的体重丢失、较长的结肠长度和较低的病理评分，结肠中CD4⁺ T细胞浸润和Th1细胞数量减少。通过利用FoxP3-DTR小鼠进行Treg细胞清除实验，发现清除Treg细胞后，定植小鼠的结肠炎加重，Th1细胞扩增增强，表明新诱导的Treg细胞在抑制致病性Th1反应中起到关键作用。

IL-10 production limits microbiota-directed pathogenic T cell responses during colitis

IL-10是重要的抗炎细胞因子，研究人员利用IL-10报告小鼠（VertX）发现定植后结肠中IL-10表达细胞频率增加，主要来源是CD11b⁺CX3CR1⁺ APC和CD4⁺ T细胞（大部分为Treg细胞）。在IL-10缺陷（IL-10^-/-）小鼠中，E. coli 541-15定植不再提供保护作用，表现为结肠炎加重、Th1细胞扩增、Treg/Th1比率下降以及RORγt⁺FoxP3⁺ Treg细胞减少。体外再刺激实验显示，来自定植IL-10^-/-小鼠的T细胞在接触热灭活E. coli 541-15或菌群裂解物后产生更多IFN-γ和TNF，表明IL-10缺失导致对E. coli和菌群的Th1反应增强。体内中和IFN-γ可减轻IL-10^-/-定植小鼠的结肠炎，证实增强的IFN-γ反应驱动病理发生。

IL-10 production by CX3CR1⁺ cells limits pathogenic microbiota-specific T cells

通过细胞特异性IL-10基因敲除小鼠，研究人员发现CX3CR1⁺细胞（而非T细胞）来源的IL-10是E. coli 541-15介导保护所必需的。CX3CR1⁺细胞IL-10缺陷小鼠定植后表现出更严重的结肠炎、结肠Th1细胞增加、Treg/Th1比率下降以及菌群特异性IFN-γ产生增强。而上皮细胞或CX3CR1⁺细胞IL-10Rα缺失并不影响菌群特异性T细胞反应，但T细胞IL-10Rα缺失则导致病理加重和Th1反应增强，表明IL-10直接作用于T细胞抑制其致病性。

研究结论表明，E. coli 541-15定植在肠道炎症环境中通过激活CX3CR1⁺ APC产生IL-10，进而直接抑制菌群特异性Th1细胞反应并促进Treg细胞功能，从而维持肠道免疫稳态。这一微生物-免疫细胞回路机制为理解特定菌株在IBD等疾病中的保护作用提供了新视角，强调了靶向微生物特异性免疫反应作为治疗策略的潜力。同时，研究也指出患者中IL-10信号通路基因突变与早发IBD的相关性，进一步突出了该通路在维持肠道健康中的关键作用。