阿克曼氏菌（Akkermansia muciniphila）的黏蛋白降解促进依赖阿里斯蒂佩斯菌（Alistipes）的色氨酸代谢和Th17驱动的自身免疫

《Mucosal Immunology》：Mucin degradation by Akkermansia muciniphila promotes Alistipes-dependent tryptophan metabolism and Th17-driven autoimmunity

　　

多发性硬化（multiple sclerosis, MS）是一种中枢神经系统的自身免疫性疾病，与肠道共生菌群改变相关，包括阿克曼氏菌（Akkermansia muciniphila, A. muciniphila）。然而，其在MS中的作用仍不明确。在此，研究人员报告了复发缓解型MS（relapsing-remitting MS, RRMS）患者血清脂多糖（lipopolysaccharide, LPS）及抗LPS免疫球蛋白G（IgG）水平升高，表明肠道屏障完整性受损。值得注意的是，RRMS患者还表现出血清抗A. muciniphila IgA升高，以及外周血单个核细胞（peripheral blood mononuclear cells, PBMCs）中A. muciniphila诱导的Th17反应增强。利用实验性自身免疫性脑脊髓炎（experimental autoimmune encephalomyelitis, EAE），一种MS小鼠模型，研究人员发现A. muciniphila定植加重了EAE严重程度，脊髓中粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子（GM-CSF）⁺CD4⁺和白细胞介素-17A（IL-17A）⁺CD4⁺ T细胞浸润增加。机制上，A. muciniphila定植增强了色氨酸代谢，并提高了芳香烃受体（aryl hydrocarbon receptor, AhR）激动剂（包括吲哚衍生物）的水平。尽管A. muciniphila不直接代谢色氨酸，但它通过黏蛋白降解促进了色氨酸利用菌阿里斯蒂佩斯·昂德尔东基（Alistipes onderdonkii, A. onderdonkii）的扩增。研究人员进一步证明，A. onderdonkii利用黏蛋白衍生的代谢物，包括半乳糖和N-乙酰神经氨酸（N-acetylneuraminic acid, NANA）。重要的是，饮食色氨酸限制显著减轻了EAE严重程度。总之，这些发现揭示了一种交叉喂养机制，其中A. muciniphila支持A. onderdonkii的生长，从而增强微生物色氨酸代谢和AhR激动剂的产生，这些激动剂驱动Th17介导的神经炎症。

**研究背景与问题**
多发性硬化（multiple sclerosis, MS）是一种中枢神经系统（central nervous system, CNS）的慢性自身免疫性疾病，其中复发缓解型MS（relapsing-remitting MS, RRMS）占病例的85%。其病理过程及小鼠模型实验性自身免疫性脑脊髓炎（experimental autoimmune encephalomyelitis, EAE）主要由自身反应性CD4⁺ T细胞（尤其是Th17和产生粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子（GM-CSF）的亚群）浸润CNS驱动，但激活机制尚不明确。肠道菌群通过微生物衍生的代谢物在免疫调节中起关键作用。某些共生菌促进促炎反应（如分节丝状菌诱导Th17细胞），而其他菌（如梭菌属和脆弱拟杆菌）支持调节性T细胞（Treg）发育。阿克曼氏菌（Akkermansia muciniphila, A. muciniphila）已被发现可调节抗原特异性T细胞反应，并在MS患者粪便中富集，但其作用仍存在争议——部分研究通过Treg诱导报道保护效应，另一些则将其与促炎反应相关联，表明其功能受微生物相互作用和代谢环境影响。肠道黏液层是微生物组成和代谢活性的关键决定因素。黏蛋白降解菌（如A. muciniphila）利用黏蛋白聚糖并释放代谢物，包括N-乙酰半乳糖胺（GalNAc）、N-乙酰葡糖胺（GlcNAc）、N-乙酰神经氨酸（NANA）、岩藻糖和半乳糖，从而支持共生微生物（包括阿里斯蒂佩斯属（Alistipes））之间的交叉喂养，后者可利用黏蛋白衍生底物并参与色氨酸代谢。然而，A. muciniphila在MS及EAE中的具体致病机制尚未明确。为此，研究人员开展了本研究。

**研究方法**
研究涉及RRMS患者（n=12）与健康对照（healthy individuals, HI, n=6）的血清及外周血单个核细胞（peripheral blood mononuclear cells, PBMCs）样本，采集自纽约州立大学石溪分校。使用HEK-Blue mTLR4和mTLR5报告细胞系定量血清脂多糖（LPS）和鞭毛蛋白；通过酶联免疫吸附测定（ELISA）检测抗LPS/抗鞭毛蛋白IgG及血清脂多糖结合蛋白（LBP）。流式细胞术分析血清IgA结合A. muciniphila的能力及脊髓白细胞中GM-CSF⁺和IL-17A⁺ CD4⁺ T细胞。Luminex检测细胞因子。小鼠模型方面，采用Il22ra1^fl/fl和C57BL/6J小鼠，经链霉素预处理后口服定植A. muciniphila，或通过粪菌移植（fecal microbiota transplantation, FMT）模型将A. muciniphila阳性或阴性盲肠内容物移植至抗生素处理小鼠，随后诱导EAE。16S rRNA测序分析粪便微生物组成；代谢组学（液相色谱-质谱联用）检测血清和盲肠内容物代谢物；qPCR定量细菌丰度及基因表达；荧光原位杂交（fluorescence in situ hybridization, FISH）评估结肠黏液层厚度；使用HT29-Lucia AhR报告细胞检测粪便AhR激动剂活性；Kovac试剂检测吲哚产生；BacTiter-Glo法测定A. onderdonkii在黏蛋白衍生单糖中的生存能力。

**研究结果**
**A. muciniphila elicits enhanced adaptive immune responses in RRMS patients**
通过TLR4/5报告细胞检测发现，RRMS患者血清LPS水平及抗LPS IgG均升高，而鞭毛蛋白及抗鞭毛蛋白IgG无变化，提示革兰阴性菌失调。流式细胞术显示RRMS患者血清抗A. muciniphila IgA升高（图1C）。Luminex分析表明RRMS血清中IL-17A和IL-27升高，且PBMCs经热灭活A. muciniphila（HK Akk）刺激后，HI和RRMS患者的GM-CSF、IL-17A、IL-1β等Th17相关细胞因子显著诱导，但RRMS中IFN-γ和IL-27无显著变化。因此，A. muciniphila与RRMS患者增强的B细胞活化和Th17相关炎症反应相关。

**A. muciniphila colonization exacerbates EAE**
经MOG免疫后，Il17ra^fl/fl小鼠EAE严重程度高于Il22ra^fl/fl小鼠。Il22ra^fl/fl小鼠经链霉素预处理并口服定植A. muciniphila后，EAE临床评分显著加重（图2G-I）。同样，抗生素处理C57BL/6J小鼠接受A. muciniphila阳性盲肠内容物FMT后，EAE严重程度高于阴性组（图2L-N）。结论：A. muciniphila定植加重EAE。

**A. muciniphila promotes pro-inflammatory CD4+ T cell infiltration into the spinal cord**
FMT模型EAE诱导后15天，A. muciniphila阳性小鼠脊髓中CD45⁺白细胞和CD4⁺ T细胞数量增加，且GM-CSF⁺和IL-17A⁺ CD4⁺ T细胞的频率和数量均升高（图3B-D）。MOG肽再刺激脊髓白细胞后，A. muciniphila阳性组IL-17A产生增加（图3E）。抗IL-17A抗体治疗显著减轻A. muciniphila阳性FMT小鼠的EAE严重程度（图3G）。结论：A. muciniphila通过增强脊髓中IL-17A⁺ CD4⁺ T细胞反应加重EAE。

**A. muciniphila colonization enhances tryptophan metabolism and AhR activation**
EAE小鼠血清代谢组学显示A. muciniphila阳性组色氨酸衍生物（如犬尿氨酸和吲哚衍生物）升高（图4C）。盲肠内容物中吲哚产生增加（图4F），且粪便AhR激动剂活性于第9天升高（图4G）。回肠Ido1和Ido2表达无变化，提示宿主贡献有限。结论：A. muciniphila通过增强微生物色氨酸代谢和AhR激活促进疾病。

**A. muciniphila facilitates the expansion of tryptophan-metabolizing Alistipes species**
A. muciniphila在色氨酸肉汤中不产生吲哚（图5A），表明其间接调节色氨酸代谢。FISH显示A. muciniphila阳性小鼠结肠黏液层变薄（图5B），血清LBP升高（图5C），表明黏蛋白降解增加。16S rRNA测序显示A. muciniphila定植改变了微生物组成，并扩增了阿里斯蒂佩斯属（Alistipes），包括A. onderdonkii（图5D-E）。黏蛋白水补充增加A. muciniphila和A. onderdonkii丰度，撤除后逆转（图5F-G）。A. onderdonkii从色氨酸产生吲哚（图5H-I），且黏蛋白衍生单糖（半乳糖、GlcNAc、GalNAc和NANA）增强其生存能力（图5J）。饮食色氨酸限制显著降低EAE严重程度，尽管A. muciniphila定植水平较高，但A. onderdonkii丰度未变（图5K-O）。结论：A. muciniphila通过降解黏蛋白支持A. onderdonkii扩增及其色氨酸代谢，从而促进AhR激活和Th17介导的神经炎症。

**讨论与结论**
本研究表明A. muciniphila定植通过改变微生物相互作用和色氨酸代谢加重EAE。研究人员的数据提示A. muciniphila促进色氨酸代谢菌A. onderdonkii的扩增，增加与致病性Th17反应相关的AhR激动剂产生，这与RRMS患者中吲哚代谢物升高及IL-17A的致病作用一致。代谢组学显示色氨酸衍生代谢物增加而宿主Ido1/Ido2表达无变化，支持微生物来源；体外培养中吲哚产生增加进一步证实了微生物代谢增强。饮食色氨酸可用性至关重要：色氨酸缺乏小鼠尽管A. muciniphila水平高，但EAE严重程度降低，表明细菌单独存在不足，需适当代谢底物。值得注意的是，A. onderdonkii丰度在色氨酸限制下未变，提示疾病调节依赖代谢活性而非细菌扩增。这些结果强调了宿主饮食和微生物代谢背景在决定疾病结局中的重要性。已有研究报道未经治疗的MS患者A. muciniphila丰度增加，其在EAE中作用具有背景依赖性，差异可能源于微生物组组成、代谢背景、定植时机和宿主免疫状态。本研究发现支持A. muciniphila在EAE诱导前定植时的致病作用，与早期AhR激活和IL-17A信号导致疾病加重的证据一致。治疗角度上，结果强调了微生物衍生代谢物在MS中的重要性，且饮食因素（包括膳食黏蛋白可用性和色氨酸代谢）可能通过影响微生物相互作用调节疾病结局。本研究的局限性包括：缺乏直接证据将AhR信号与A. muciniphila介导的疾病加重联系起来；黏蛋白补充未完全模拟内源性黏蛋白降解；IL-17A变化反映疾病严重程度增加，但未提供直接机制解释；A. muciniphila定植改变了更广泛的微生物群落，难以排除其他分类群的间接贡献。未来研究需使用定义明确的微生物联合体和AhR靶向方法阐明A. muciniphila调节神经炎症的具体机制。

**研究结论翻译**：总之，这些发现揭示了一种交叉喂养机制，其中A. muciniphila通过降解黏蛋白支持A. onderdonkii的生长，从而增强微生物色氨酸代谢和AhR激动剂的产生，这些激动剂驱动Th17介导的神经炎症。