《Science Bulletin》：Spatiotemporal mapping reveals microbiota-dependent maintenance of functional competence during postnatal immune maturation
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摘要断乳后免疫成熟通常被视为与断乳相关的发育里程碑。然而，断乳后微生物群暴露如何塑造不同组织的免疫细胞异质性，以及这种成熟是否具有自维持性还是需要持续的微生物输入，仍有待明确。在此，我们对无特定病原体（SPF）小鼠和无菌（GF）小鼠从断乳期至成年期的10个组织中的120,64
摘要
断乳后免疫成熟通常被视为与断乳相关的发育里程碑。然而，断乳后微生物群暴露如何塑造不同组织的免疫细胞异质性，以及这种成熟是否具有自维持性还是需要持续的微生物输入，仍有待明确。在此，我们对无特定病原体（SPF）小鼠和无菌（GF）小鼠从断乳期至成年期的10个组织中的120,649个免疫细胞进行了时空单细胞转录组学分析。我们证明，微生物定植驱动了不同单核细胞、巨噬细胞和中性粒细胞群体的扩增和功能成熟，其特征为跨组织抗原加工能力的增强。同时，共生微生物来源的信号重新编程了淋巴细胞的代谢和翻译状态，促进氧化磷酸化并缓解PDCD4介导的翻译抑制，以维持效应功能的准备状态。值得注意的是，通过共养和粪便微生物移植进行微生物群重建的实验表明，免疫能力并非固定的发育终点，而是需要持续的微生物群输入。缺乏持续微生物信号时，免疫细胞并未保持发育未成熟状态，而是采用了持久的低反应性状态。这些发现共同将免疫成熟重新定义为依赖于微生物群的维持过程，揭示了通过靶向微生物群的干预恢复免疫能力的潜在策略。
引言
哺乳动物免疫系统通过宿主遗传程序与环境微生物信号之间的动态相互作用发挥作用[1]、[2]、[3]。共生微生物群积极参与塑造免疫细胞组成、代谢编程和跨组织的功能能力[4]、[5]、[6]、[7]。这些微生物-宿主相互作用建立了组织特异性免疫生态位，影响成年期对病原体和炎症稳态的反应[8]、[9]、[10]、[11]。
小鼠断乳期（出生后三至四周）代表免疫系统成熟的关键发育窗口[12]、[13]、[14]、[15]。在这一转变过程中，适应于纯母乳喂养的幼鼠接触到饮食抗原和广泛的微生物定植[5]、[16]，从而从母体保护状态向自主免疫能力转变[8]、[11]、[17]、[18]、[19]。虽然断乳期间微生物暴露对免疫功能发育"印记"的重要性已被广泛认可，但尚不清楚这种印记是否建立了自维持程序，还是启动了一种需要持续微生物输入的维持依赖性状态。
迄今为止，在受控微生物群暴露下对免疫细胞异质性的系统表征仍然有限。大多数研究聚焦于个别组织区室，如肠道、脾脏或肝脏，并且主要检测成年时间点[7]、[20]、[21]、[22]。因此，如何微生物群暴露随时间推移在跨组织水平上塑造免疫成熟，以及这些效应反映的是稳定的发育编程还是动态调控，仍不清楚。因此，需要整合空间、时间和微生物群状态变量的统一多维图谱，以阐明免疫能力如何在黏膜和系统性免疫生态位中建立和维持。
为解决这些问题，我们对无特定病原体（SPF）小鼠和无菌（GF）小鼠在三个出生后时间点的十个组织中免疫细胞进行了全面的单细胞转录组学分析。这种时空设计使我们能够系统评估微生物信号如何协调不同组织微环境中的免疫成熟。我们发现免疫能力并非固定的发育终点，而是一种需要持续微生物群输入来主动维持的状态。这种维持体现在谱系特异性程序中，其中髓系细胞依赖微生物信号来维持抗原加工能力，而淋巴细胞则经历向氧化磷酸化的代谢和翻译重编程。在淋巴区室中，我们鉴定出PDCD4作为一种微生物群响应性调节因子，在缺乏环境线索时限制功能激活。敲低PDCD4增强了小鼠CD8+ T细胞的IFN-γ和TNF-α分泌，将PDCD4鉴定为CD8+ T细胞活性的功能检查点。结合微生物群清除和恢复实验，这些发现支持免疫成熟是动态维持的模型，凸显了微生物群信号在维持早期发育后免疫系统功能中的持续需求。
各节摘要
小鼠
野生型（WT）C57BL/6J（Jackson，#000664）小鼠在厦门大学动物设施SPF条件下饲养。C57BL/6JGpt GF WT小鼠购自格微生物（#N000295），在运输和后续饲养过程中始终保持在严格无菌环境中，直至样本采集，以确保维持无菌状态。指定时间点（P16、W4和W9）的实验小鼠为同窝雄性小鼠，所有动物程序均经……批准。
时空单细胞图谱揭示跨组织动态、微生物群依赖的免疫重塑
为系统表征微生物群暴露如何塑造免疫发育，我们对SPF和GF小鼠十个不同组织中分离的免疫细胞（CD45+）进行了无偏倚的单细胞RNA测序分析[26]、[27]。这些组织包括骨髓（BM）、脾脏（SP）、胸腺（TM）、肝脏（LV）、肺（LU）、皮肤（SK）、小肠（SI）、结肠（CL）、心脏（HT）和肾脏（KD），在三个发育阶段采样：出生后第16天（P16）、出生后第4周（W4）和出生后第9周。
讨论与结论
免疫学中一个长期存在的问题是：免疫成熟代表一个固定的发育里程碑，还是一个需要环境输入持续维持的功能状态。此前的研究强调了微生物群在断乳期间对免疫能力的关键作用：Al Nabhani等人[14]表明断乳期间肠道微生物群清除导致对病理性炎症的易感性增加，而Lubin等人[19]则证明……
致谢
本工作得到了国家自然科学基金（32425024、82621103、32270953、22521102和82402127）、深圳市医学研究基金（B2302006、B2602041和A2603059）、深圳市科技计划（KQTD20210811090115019和SYSRD20250529113008011）、福建省自然科学基金（2025J011006）、广东省基础与应用基础研究基金（2026A1515010622）以及中国博士后科学基金会博士后面上资助（GZC20261513）的支持。
Wang Xiangyang | Bao Yuzhou | Li Weiyun | Li Hongye | Song Jiawei | Lan Zhenwei | Han Dongyu | Lin Wenbo | Huang Wenqian | Kang Xinyu | Cao Pengfei | Zeng Fanning | Wu Zhisheng | Ye Yingting | Wang Hao | Ma Dong | Chen Weiwei | Li Shuqin | You Siyuan | Wu Suqin | Li Hanjie
