Immunity：肠菌易位触发髓系前体细胞的训练免疫 | Cell Press论文速递

髓系细胞对微生物的感知是宿主防御的核心机制。然而，长期以来人们认识到，髓系细胞也可以通过表观遗传调控被“训练”，从而对后续挑战产生更有效的反应，这种现象统称为训练免疫。尽管这一机制在感染背景下已被充分表征，但尚不清楚类似过程是否会在单纯细菌暴露（如屏障功能障碍和随后的细菌易位）中发生。

最近，Robles-Vera等人填补了这一空白，揭示了结肠炎背景下细菌易位至骨髓后，通过表观遗传重编程改变粒细胞-单核细胞祖细胞（GMPs）的机制。因此，这些GMPs衍生的巨噬细胞会对刺激表现出持续的、增强的炎症反应。研究确定了一种特定的细菌株肠球菌（Enterococcus faecalis），该菌株能够在结肠炎期间迁移到骨髓。此细菌株通过激活C型凝集素受体Mincle，触发了GMPs的扩增和表观遗传重编程。最终，这一过程增强了对继发性异源性感染的清除能力。通过静脉注射热灭活的粪肠球菌E. faecalis，实验也能复制这一现象，且将“结肠炎训练过的”GMPs转移至受体小鼠中，成功地转移了这种增强的炎症表型，表现为对脂多糖（LPS）刺激的响应增强。相反，通过基因敲除Mincle，可以消除这些效果，证明该受体在推动训练性免疫中的关键作用。综合来看，这些研究结果揭示了细菌迁移如何在结肠炎过程中通过Mincle依赖性微生物感知，表观遗传性地重新编程骨髓中的髓系前体细胞。

作者首先通过葡聚糖硫酸钠（DSS）诱导的结肠炎模型，发现肠道菌群依赖的 GMP 训练导致骨髓来源巨噬细胞（BMDMs）的TNF分泌增加。使用转座酶可接入染色质测序（ATAC-seq）和Cut&Tag技术，作者识别出了与核因子kB、哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）信号通路和糖酵解相关的表观遗传变化。通过RNA测序评估，发现这些表观遗传性特征并未伴随转录变化。这表明表观遗传重编程预先激活了炎症基因，使炎症基因处于“静默但准备就绪”的状态。当DSS处理前用抗生素处理或在无菌小鼠中进行实验时，训练效应被完全消除，这强调了细菌暴露在促进训练性免疫中的核心作用。

通过16S rRNA测序，作者发现DSS结肠炎小鼠骨髓中存在四种细菌，但仅粪肠球菌E. faecalis可被培养。这一发现具有重要临床意义，因为E. faecalis与人类炎症性肠病（IBD）相关，且在IBD患者中观察到该菌株的转录水平高于健康对照者。类似的表观遗传变化可被静脉注射活的E. faecalis或热灭活的E. faecalis（HK-EF）所诱导，导致骨髓来源的巨噬细胞（BMDMs）产生增强的炎症反应。此外，将来自HK-EF处理小鼠的GMPs转移到致死性辐射小鼠体内，就能在LPS刺激下表现出增强的炎症反应。综上所述，这些结果表明，结肠炎期间细菌迁移到骨髓，推动了髓系前体细胞的表观遗传重编程，导致其对随后的刺激产生增强的促炎反应，这是训练性免疫的一个标志性特征（图1）。

粪肠球菌（Enterococcus faecalis）在结肠炎小鼠的骨髓中被发现，并通过C型凝集素受体Mincle（Clec4e）激活免疫信号。Mincle介导的信号传导导致粒单核祖细胞（GMPs）的表观遗传重编程，进而分化为具有增强细胞因子分泌、糖酵解能力和吞噬活性的巨噬细胞，这些特征是训练免疫的标志。与未接受训练的小鼠相比，经DSS结肠炎或热灭活粪肠球菌预处理的小鼠在后续非相关感染中表现出更好的预后。这种保护效应在Clec4e基因敲除（Clec4e−/−）小鼠中消失，表明Mincle是粪肠球菌介导训练免疫的必要条件。

为了阐明E. faecalis介导的GMPs训练的细胞内信号传导级联反应，作者在HK-EF刺激前预处理BMDMs，并使用Syk、CARD9和mTOR抑制剂预处理BMDMs，发现这些处理均减弱了训练效应，提示C型凝集素受体信号的经典激活在介导观察到的训练性免疫表型中发挥了重要作用。尽管HK-EF未能激活Dectin-1和Dectin-2，但在HK-EF刺激下，作者观察到了Mincle报告基因的强烈激活。与此一致的是，基因敲除Mincle（Clec4e-/-）的BMDMs未能产生HK-EF的训练效应，导致TNF分泌减少。此外，使用Mincle激动剂Trehalose-6,6-dibehenate（TDB）进行体外训练模拟出了HK-EF的训练效应。而热灭活的E. coli未能增加BMDMs的TNF产量，因为它不能结合Mincle。进一步，使用脂质体包裹TDB来激活小鼠体内的Mincle，能够导致小鼠在LPS刺激下产生增强的系统性TNF和IL-6反应—而这种效果在Clec4e-/-小鼠中能够被消除。基因敲除Mincle也损害了HK-EF诱导的表观遗传变化，进一步证明Mincle信号在驱动训练性免疫中的必要性。

训练性免疫的特征是其非特异性保护作用。为了测试这一点，研究人员静脉注射HK-EF后，在10天后感染白色念珠菌或甲型流感病毒A。与对照组相比，HK-EF处理的小鼠表现出较高的生存率和较少的体重下降——这些效果依赖于Mincle。类似的结果也出现在小鼠接受鼻内HK-EF刺激时，这与其他已知能诱导训练性免疫的细菌制剂的发现一致。尽管这些结果突显了Mincle诱导的训练性免疫在预防感染中的治疗潜力，但其更广泛的意义或更为复杂。确实，基因敲除Mincle或转移缺乏Mincle的小鼠骨髓减轻了DSS结肠炎，表现为较低的疾病活动指数和较少的体重丧失。尽管这些发现不能完全排除局部细菌在结肠中的引发作用，但它们表明Mincle在结肠炎过程中贡献了促炎的微环境，这与先前的研究一致。

虽然C型凝集素受体，尤其是Dectin-1，在训练性免疫中的作用已得到充分证明，但这项研究表明，Mincle可能也在响应微生物感知时发挥作用，调控表观遗传重编程。作者提出，Mincle介导的表观遗传重编程发生在GMPs中，但也有可能是间接的，由其他表达Mincle的细胞（如巨噬细胞）介导。未来的研究可以包括在骨髓细胞中对Mincle蛋白表达的分析，或者对分离的GMPs进行TDB处理后进行下游功能检测。此外，尽管已知TNF能够诱导人类和小鼠髓系细胞中Mincle的表达，但目前尚不清楚GMPs是否需要TNF信号传导来表达Mincle，以及在细菌迁移过程中，哪些细胞群体会产生TNF。尽管如此，这些发现强烈支持了Mincle在训练性免疫中的作用。

炎症性肠病（IBD）和实验性结肠炎的特征之一是促炎髓系细胞的涌入，这会加剧组织损伤并延缓伤口愈合。研究者提出，这些促炎细胞的增加可能部分是由GMPs的表观遗传重编程引起的，这些GMPs随后生成的炎症性髓系细胞被招募到肠道黏膜中。有趣的是，在实验性结肠炎的细胞转移模型中，已观察到外周髓系细胞向脾脏和结肠积聚的现象。在DSS结肠炎中，类似的机制可能意味着，单独的细菌迁移到肠道黏膜就足以触发GMP的训练、扩增和促炎髓系细胞的局部积累。为了彻底阐明训练性免疫是否导致疾病活动的加重，未来的研究可以探讨HK-EF训练过的GMPs转移到DSS结肠炎小鼠中的作用。

最后，还需要进行额外的研究来确定Robles-Vera等人发现的这些结果是否可以扩展到人类。虽然在IBD患者中已经观察到细菌迁移的现象，但研究主要集中在血液和肠系膜淋巴结等细菌传播的部位。在本研究中，通过HK-EF预处理外周血单核细胞后，在CpG刺激下，观察到了IL-6生产的增加，但目前尚不清楚这一效果是否涉及Mincle激活和表观遗传重编程。值得注意的是，在IBD患者的炎症性黏膜中，Mincle表达增加，且主要位于巨噬细胞上。是否可以将这一Mincle表达的增加直接与其激活联系起来，以及这种激活是否来源于局部的炎症性黏膜内的原位激活，还是由骨髓前体细胞的表观遗传重编程引发的，仍然有待进一步阐明。

总之，这项研究揭示了细菌迁移如何通过Mincle依赖的信号通路，重新编程骨髓中的髓系前体细胞，从而促进训练免疫的发生。这一发现不仅为我们理解训练性免疫的基本机制提供了新见解，也为我们探索细菌迁移在炎症性疾病中的作用提供了新的方向。随着未来对Mincle和其他相关信号通路的深入研究，可能会为治疗炎症性肠病和其他相关免疫疾病提供新的治疗策略，特别是通过调节训练免疫的方式。

相关论文刊载于CellPress细胞出版社

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