旋毛虫经Ligilactobacillus murinus–吲哚-3-乳酸–AhR轴驱动系统性疾病耐受

《Gut Microbes》：A helminth–microbiota metabolic relay promotes disease tolerance

　　

蠕虫持续感染要求在病原体未完全清除的情况下限制炎症损伤，但蠕虫如何动员常驻微生物群以建立该状态仍不清楚。此处，研究人员鉴定了一条跨界代谢中继，旋毛虫（Trichinella spiralis）通过该中继促进系统性疾病耐受（disease tolerance）。感染选择性扩增 Ligilactobacillus murinus，并将微生物色氨酸代谢重定向至吲哚-3-乳酸（indole-3-lactic acid, ILA），后者是芳香烃受体（aryl hydrocarbon receptor, AhR）的直接配体。抗生素扰动消除了ILA产生、AhR激活及T_reg–Th17重塑，而转移蠕虫条件化粪便制剂或补充 L. murinus 或 ILA 可恢复这些应答。药理学抑制或遗传缺失 AhR 消除了 T. spiralis、L. murinus 和 ILA 对内毒素诱导肺损伤的保护作用。在致死性SARS-CoV-2感染中，口服ILA改善生存并限制肺部免疫病理，而不降低病毒载量，从而将宿主保护与病原控制解耦。在人类COVID-19队列中，校正可获得临床协变量后，ILA相对丰度仍与IFN-γ呈负相关。这些发现揭示，蠕虫可重编程共生代谢以调控系统性免疫耐受，并将微生物ILA产生确定为限制炎症组织损伤的可行后生元（postbiotic）策略。

研究背景与问题。蠕虫感染超过十亿人，并可在免疫健全宿主中长期持续。此类持续感染需要一种平衡：即使病原未被完全清除，也必须限制炎症损伤。既往“旧朋友”框架和蠕虫免疫调节研究多聚焦寄生虫来源分子直接作用于宿主细胞，但蠕虫生活在高度定植的黏膜生态系统中，是否通过重编程微生物代谢建立系统性耐受尚不清楚。肠道微生物群可参与蠕虫介导的过敏性炎症抑制，但细菌产生者、代谢物和宿主传感器未明确。微生物色氨酸代谢可产生吲哚衍生物，作为跨界信号并激活芳香烃受体（aryl hydrocarbon receptor, AhR；配体激活转录因子），调节屏障完整性和免疫稳态，并可调节T_reg/Th17平衡。因此，需要从蠕虫重塑的细菌分类群、特定代谢物、宿主受体到疾病相关保护表型的完整因果链。发表于《Gut Microbes》的这项研究围绕此问题展开，鉴定旋毛虫（Trichinella spiralis, T. spiralis）–Ligilactobacillus murinus–吲哚-3-乳酸（indole-3-lactic acid, ILA）–AhR轴促进疾病耐受（disease tolerance；宿主限制感染所致组织损伤而不必增强病原清除的能力）。

关键技术方法。研究人员使用C57BL/6J野生型、AhR敲除和K18-hACE2小鼠，建立T. spiralis感染、抗生素扰动、粪菌移植（fecal microbiota transplantation, FMT）、L. murinus或ILA补充、脂多糖（lipopolysaccharide, LPS）诱导细胞因子风暴和SARS-CoV-2感染模型。采用靶向色氨酸代谢组学、宏基因组测序、流式细胞术、Western blot、实时定量PCR、肠类器官、分子对接、分子动力学（molecular dynamics, MD）模拟和表面等离子共振（surface plasmon resonance, SPR）。人类数据来自重新分析 Su et al. 公开的COVID-19血浆多组学队列（Mendeley Data version 5），包含健康供者和世界卫生组织序贯量表（WHO Ordinal Scale, WOS）3–7患者。

研究结果：
T. spiralis感染重塑色氨酸代谢经AhR调节T_reg/Th17平衡。靶向代谢组学显示感染小鼠粪便和血清代谢谱分离，肠道色氨酸积累、血清色氨酸降低，吲哚衍生物途径代谢物升高，粪便ILA约增加4.78倍，血清ILA约增加1.84倍。感染肠道AhR和Cyp1a1蛋白及mRNA升高，Foxp3和TGF-β升高、IL-17A降低；流式显示肠系膜淋巴结和脾中CD4⁺CD25⁺Foxp3⁺ T_reg增加、CD4⁺IL-17A⁺ Th17降低。AhR拮抗剂CH223191逆转这些转录和细胞改变，表明AhR依赖。

T. spiralis诱导的色氨酸代谢改变依赖微生物群。抗生素处理降低微生物α多样性并改变β多样性；在微生物群耗竭小鼠中，T. spiralis不增加粪便色氨酸衍生吲哚，ILA保持低水平，不激活肠道AhR/Cyp1a1，也不改变T_reg/Th17平衡。成虫负荷在感染与抗生素加感染之间无显著差异。将感染14天供体的粪便制剂转移至抗生素处理受体，可恢复AhR/Cyp1a1激活，升高Foxp3和TGF-β，降低IL-17A，并增加T_reg、降低Th17；对照供体粪制剂不产生该效果。由于接种物未无菌过滤或分馏，该实验说明调控活性可随供体粪制剂转移，但不能正式排除可溶性寄生虫来源成分的贡献。

T. spiralis感染富集 L. murinus 并将其扩增与ILA丰富代谢状态关联。宏基因组显示感染小鼠微生物组成分离，门、科、属水平发生重塑，L. murinus在感染富集分类群中线性判别分析效应大小最大。Spearman相关显示Ligilactobacillus丰度与粪便ILA正相关。L. murinus培养上清中ILA较对照培养基显著增加约48.8倍，色氨酸显著减少，支持其功能贡献。分子对接预测ILA占据人AhR疏水口袋，关键残基Thr199、Gln171和Tyr203参与，结合能?6.7 kcal·mol^?1；100 ns MD模拟显示系统稳定并存在明确自由能最小；SPR测得直接结合平衡解离常数（K_D）为1.89E?4 M，提示中等亲和力直接结合。

L. murinus和ILA补充重现AhR激活与T_reg/Th17调节。在抗生素预处理小鼠中，L. murinus补充增加肠道成虫负荷，增加肠道AhR和Cyp1a1 mRNA及蛋白，升高Foxp3和TGF-β、抑制IL-17A，并增加肠系膜淋巴结和脾中T_reg、减少Th17。ILA补充同样增加成虫负荷，增强AhR/Cyp1a1表达，升高Foxp3和TGF-β、抑制IL-17A，并在肠系膜淋巴结和脾中增加T_reg、减少Th17。肠类器官中L. murinus或ILA剂量依赖上调AhR和Cyp1a1，AhR拮抗剂处理减弱该诱导，表明肠上皮区室可直接感知该轴。

T. spiralis–L. murinus–ILA轴经AhR赋予对LPS诱导细胞因子风暴的保护。LPS模型中，T. spiralis感染减轻肺病理和炎症细胞浸润，降低血清TNF-α和IFN-γ，升高IL-10和TGF-β，降低IL-17A；CH223191预处理消除保护。L. murinus或ILA补充重现肺病理评分和炎症浸润降低以及相似细胞因子改变，CH223191同样消除保护。AhR敲除小鼠中，T. spiralis、L. murinus和ILA均不能减轻LPS诱导肺病理或重现保护性细胞因子谱。体外肠类器官中，LPS增加碘化丙啶（propidium iodide, PI）阳性细胞死亡并降低活力，L. murinus或ILA以AhR依赖方式改善活力并降低TNF-α、IFN-γ表达。药理学抑制和遗传缺失结果一致，表明AhR为该保护所必需。

ILA改善致死性SARS-CoV-2攻击后疾病结局。K18-hACE2小鼠中，SARS-CoV-2感染导致快速死亡，至9 dpi全部死亡；口服ILA显著提高生存，约60%存活至14 dpi，并减轻体重下降、后期部分恢复。6 dpi肺部病毒载量在感染与ILA治疗间相当，说明ILA不显著降低病毒载量。ILA降低肺TNF-α、IFN-γ和IL-17A，增强IL-10，适度增加TGF-β，并改善肺组织病理。人类COVID-19队列重新分析中，患者血浆ILA相对丰度低于健康对照；同次抽血ILA与IFN-γ呈负相关，描述性Spearman ρ=?0.264；在完整病例人群中，未经校正、人口学校正、临床校正及附加严重度校正的广义估计方程（generalized estimating equations, GEE）模型均显示负关联，校正可获得临床协变量后仍存在。结果提示ILA通过限制过度肺部炎症和促进调节性细胞因子谱改善结局，而非直接抑制病毒复制。

讨论总结。讨论指出，持续感染暴露免疫的基本约束：宿主存活依赖限制组织损伤，即使病原清除不完全。该研究鉴定了T. spiralis–L. murinus–ILA–AhR轴，并在多个层面支持因果架构：抗生素扰动中断ILA产生和免疫重塑；感染条件化粪制剂恢复表型；L. murinus或ILA重现主要代谢和免疫输出；药理学或遗传破坏AhR消除保护。这一框架将蠕虫–微生物群生物学从群落关联推进到生态机制。T. spiralis感染改变群落结构而无α多样性广泛增加，说明免疫后果可源于选择性功能重组。L. murinus被功能支持为感染相关ILA池的贡献者，其他感染富集分类群可能通过并行或群落代谢相互作用提供额外ILA生成能力。上游机制可能包括黏膜重塑、固有抗菌过滤和营养可用性改变：T. spiralis诱导的2型黏膜反应伴IL-13依赖杯状细胞扩增和黏液改变，改变细菌生态条件；蠕虫诱导的CD11b⁺CD206⁺巨噬细胞产生CRAMP，优先抑制革兰阴性竞争者，提高肠道乳酸菌生态适应性；感染增加粪便色氨酸，可能提高Lactobacillus丰度和色氨酸衍生代谢物产生。ILA作为可扩散信号直接结合AhR并诱导经典AhR输出，其中等亲和力符合生理微生物配体的行为，其活性可能依赖持续局部产生、组织暴露和配体竞争。AhR为环境敏感解释器，本研究背景下AhR激活与Foxp3、IL-10、TGF-β和T_reg增加及IL-17A和Th17降低相连。类器官数据提示上皮区室可直接感知该通路。最重要的功能观察是生存与病原控制分离：口服ILA提高致死性SARS-CoV-2感染生存并减少肺损伤，而肺部病毒载量不变，定义疾病耐受表型。该轴对机制不同的炎症刺激均发挥保护，且AhR阻断或缺失后益处消失，提示其作用于共同宿主损伤程序。人类队列中循环ILA与IFN-γ负相关在校正后持续存在，支持临床相关性。L. murinus或ILA补充后肠道虫荷增加赋予进化维度：保护宿主的调节状态也削弱抗蠕虫压力，延长寄生虫持续，形成互惠适应代价。微生物ILA–AhR回路因此可被视为抗蠕虫靶点候选。转化意义是功能中心的后生元策略：L. murinus适应小鼠肠道，不太可能作为通用人类治疗生物，保守的干预靶点是ILA产生能力；人相关乳酸菌和双歧杆菌可产生ILA。此类策略可捕获蠕虫暴露的有益输出，同时避免活虫治疗复杂性和安全性问题。治疗需控制剂量、时机和组织暴露，并注意同一调节程序可能损害病原清除、疫苗应答或抗肿瘤免疫。局限性包括：未定量划分整个体内ILA池；未定量区分黏膜重塑、抗菌生态过滤和代谢底物重构对L. murinus选择性富集的贡献；药理学抑制和全身AhR缺失未解析上皮、髓系和淋巴AhR信号相对贡献；转化推断受鼠适应细菌、K18-hACE2小鼠预防性ILA给药和观察性人类队列限制。

研究结论翻译：因此，T. spiralis–L. murinus–ILA–AhR回路既代表宿主–微生物–寄生虫共适应的机制原则，也是限制炎症组织损伤的可处理分子切入点。