《International Immunopharmacology》：Gut microbiota-derived tryptamine activates AhR-NRF2 signaling to modulate airway epithelial barrier function in allergic asthma
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背景：过敏性哮喘是一种慢性炎症性气道疾病，其特征在于上皮屏障功能障碍和免疫反应失调。新出现的证据表明，肠道菌群失调通过肠-肺轴（gut-lung axis）促进哮喘发病，其中微生物代谢产物如色胺（TRP）发挥关键免疫调节作用。然而，连接肠道菌群来源的色氨酸代谢
背景：过敏性哮喘是一种慢性炎症性气道疾病，其特征在于上皮屏障功能障碍和免疫反应失调。新出现的证据表明，肠道菌群失调通过肠-肺轴（gut-lung axis）促进哮喘发病，其中微生物代谢产物如色胺（TRP）发挥关键免疫调节作用。然而，连接肠道菌群来源的色氨酸代谢产物与气道上皮屏障完整性的精确机制仍不完全清楚。目的：本研究旨在探讨肠道菌群依赖的色胺-芳香烃受体（AhR）-核因子E2相关因子2（NRF2）信号在调节屋尘螨（HDM）诱导的过敏性哮喘中气道上皮屏障功能的作用。方法：通过气管致敏联合鼻内激发在C57BL/6小鼠中建立HDM诱导的过敏性气道炎症。使用动物肺功能系统结合乙酰甲胆碱激发测量气道高反应性（AHR）。通过16S rRNA基因测序分析肠道菌群组成，并使用PICRUSt2进行功能预测。采用靶向代谢组学定量粪便色氨酸代谢产物。在体内和体外使用人支气管上皮细胞（16HBE）评估外源性TRP给药（10 mg/kg/day）对气道炎症、AhR-NRF2信号和紧密连接蛋白表达的影响。采用NRF2特异性siRNA验证NRF2在AhR-NRF2轴中的必要性。结果：HDM激发的小鼠表现出显著的肠道菌群失调，其特征是有益菌（乳杆菌、双歧杆菌）丰度降低和粪便TRP水平下降。与对照组相比，HDM激发的小鼠还表现出显著增强的AHR。TRP给药减轻了HDM诱导的气道炎症和AHR，促进了AhR核转位，上调了NRF2表达，并增强了紧密连接蛋白（Claudin-1、Occludin、E-cadherin）表达。体外研究证实，TRP激活了AhR-NRF2信号并恢复了HDM刺激的16HBE细胞中的屏障功能，这些效应被AhR拮抗剂CH-223191阻断。重要的是，通过siRNA敲低NRF2消除了AhR过表达对紧密连接蛋白表达的保护作用，证明NRF2是AhR-NRF2轴的关键下游介质。结论：这些发现表明，HDM诱导的过敏性气道炎症与肠道菌群失调和色氨酸代谢受损有关。TRP通过激活AhR-NRF2信号通路增强紧密连接蛋白表达并恢复气道上皮屏障完整性，突出了靶向肠道菌群-色氨酸-AhR-NRF2轴在哮喘中的治疗潜力。
过敏性哮喘是全球范围内影响数亿人口的慢性气道疾病，其核心病理特征包括气道上皮屏障功能障碍和免疫失调。近年来，肠-肺轴（gut-lung axis）的发现揭示了肠道菌群及其代谢产物对肺部疾病的重要影响，但肠道微生物来源的色氨酸代谢物如何调控气道上皮屏障完整性，其机制仍未被阐明。为填补这一空白，研究人员开展本研究，旨在探索肠道菌群依赖的色胺（TRP）-芳香烃受体（AhR）-核因子E2相关因子2（NRF2）信号在屋尘螨（HDM）诱导的过敏性哮喘中的作用。研究得出主要结论：HDM诱导的哮喘与肠道菌群失调及色氨酸代谢异常密切相关，TRP通过激活AhR-NRF2信号通路增强紧密连接蛋白表达，恢复气道上皮屏障功能，从而减轻气道炎症。该论文发表于《International Immunopharmacology》。
研究人员采用以下关键技术方法：利用HDM致敏和激发建立C57BL/6小鼠过敏性哮喘模型；通过16S rRNA基因测序分析肠道菌群组成，并结合PICRUSt2进行功能预测；采用靶向代谢组学定量粪便色氨酸代谢物；体外培养人支气管上皮细胞（16HBE），通过外源性TRP给药、AhR拮抗剂CH-223191及NRF2特异性siRNA转染验证信号通路；运用CCK-8、qPCR、Western blot和免疫荧光等方法检测细胞活力、基因及蛋白表达。
研究结果部分具体如下：
3.1 HDM诱导的过敏性气道炎症再现了人类哮喘的关键特征：通过HDM致敏和激发小鼠，研究人员观察到气道高反应性（AHR）显著增强，肺组织H&E、PAS和Masson染色显示炎症细胞浸润、黏液分泌增多及胶原沉积增加，血清总IgE及肺泡灌洗液（BALF）中IL-4、IL-6、IL-17A水平升高，证实模型成功建立。
3.2 HDM诱导的过敏性气道炎症与肠道菌群失调相关：16S rRNA测序发现HDM组小鼠肠道菌群α多样性（Chao1和Shannon指数）降低，β多样性分离明显，属水平上乳酸杆菌和双歧杆菌丰度减少，而Turicibacter增加；LEfSe分析及PICRUSt2功能预测提示色氨酸代谢通路显著改变。
3.3 HDM诱导的过敏性气道炎症与异常色氨酸代谢相关：靶向代谢组学显示HDM组小鼠粪便中色胺（TRP）水平显著降低，而色氨酸、喹啉酸等增加；OPLS-DA及火山图确认TRP为关键差异代谢物；Spearman相关性分析表明乳酸杆菌、双歧杆菌丰度与TRP水平正相关，Turicibacter负相关。
3.4 TRP减轻HDM诱导的哮喘小鼠气道炎症：灌胃给予TRP（10 mg/kg/day）显著降低AHR，减少肺组织炎症浸润、黏液分泌和胶原沉积，并降低血清IgE及BALF中IL-4、IL-6、IL-17A水平。
3.5 TRP通过激活AhR信号减轻HDM刺激的16HBE细胞炎症反应：CCK-8筛选出100 μM TRP为最佳浓度；TRP上调AhR mRNA和蛋白表达，而AhR拮抗剂CH-223191逆转此效应；TRP同时降低促炎因子IL-6、IL-8、IL-33和TSLP的mRNA水平。
3.6 TRP在体外促进AhR核转位：免疫荧光和细胞分级实验证实TRP诱导AhR由胞质向核内转移，CH-223191阻断此转位。
3.7 TRP通过激活AhR-NRF2信号增强HDM刺激的16HBE细胞上皮连接蛋白表达：TRP上调Claudin-1、Occludin、E-cadherin和NRF2的mRNA及蛋白水平，CH-223191逆转这些效应。
3.8 TRP在哮喘小鼠中激活AhR-NRF2信号并增强上皮连接蛋白表达：体内实验同样证实TRP促进AhR核转位，上调NRF2及Claudin-1、Occludin、E-cadherin表达。
3.9 NRF2是AhR诱导的上皮屏障保护的关键下游介质：AhR过表达（Ov-AhR）上调NRF2及紧密连接蛋白，而NRF2 siRNA敲低消除了这些保护效应，证明NRF2是AhR信号的必要下游效应器。
讨论部分总结：本研究揭示了HDM诱导的过敏性气道炎症伴随肠道菌群失调和色氨酸代谢异常，尤其是色胺（TRP）减少。外源性TRP通过激活AhR-NRF2信号，上调紧密连接蛋白（Claudin-1、Occludin、E-cadherin），恢复气道上皮屏障完整性，减轻炎症反应。这一发现将肠道菌群失调、色氨酸代谢与气道屏障功能障碍联系起来，为哮喘治疗提供了新靶点。研究结论部分翻译如下：本研究揭示了过敏性哮喘中肠道菌群失调与气道上皮屏障功能障碍之间的潜在联系。综上，HDM诱导的过敏性气道炎症与肠道菌群组成显著改变（特别是乳酸杆菌和双歧杆菌丰度降低）以及色氨酸向色胺转化受损有关。值得注意的是，色胺通过激活TRP-AhR-NRF2信号促进上皮连接蛋白表达，从而发挥抗炎和屏障保护作用。该研究为将肠道菌群代谢的色胺-AhR-NRF2信号作为哮喘潜在治疗靶点提供了新视角。
