《自然》:AKK菌调节免疫的机制找到了！科学家发现 Akk细菌通过细胞膜磷脂诱导免疫细胞分泌特定的细胞因子 并重置树突状细胞的激活阈值

103010:AKK菌调节免疫的机制已经找到了！科学家发现，Akk细菌通过细胞膜磷脂诱导免疫细胞分泌特定的细胞因子，并重置树突状细胞的激活阈值。

来源：奇点蛋糕2022-08-18 20336003

近十年来，人们发现肠道菌群与人体健康和疾病有着复杂而密切的关系[1]。

近十年来，人们发现肠道菌群与人体健康和疾病有着复杂而密切的关系[1]。

近年来，2004年从人类粪便中分离出明星肠道细菌Akk，名为Akkermansia muciniphila。它是一种椭圆形的革兰氏阴性菌，它的名字反映了它的习性，喜欢粘蛋白[2，3]。

Akk细菌虽然只占肠道菌群的3%，但其丰度与炎症性肠病、肥胖和2型风险呈负相关[4，5]，还与PD-1/PD-L1抑制剂在癌症治疗中的疗效呈正相关[6]，有望成为下一代具有临床应用前景的益生菌。

但是Akk细菌与人体的相互作用机制还没有分析清楚。现已发现Akk细菌通过调节宿主代谢而起作用[7，8]，潜在的分子基础可能是Akk细菌外膜中的一种蛋白质[9]，这种蛋白质也能调节宿主免疫反应[10]。对小鼠的研究表明，Akk细菌可以特异性地诱导T细胞的获得性免疫反应[11]。遗憾的是，这项研究没有找到Akk细菌与T细胞相互作用的分子基础。但这些研究都强调Akk细菌对宿主免疫系统的调节作用。

最近，哈佛医学院Jon Clardy和Bode研究所Ramnik Xavier教授领导的团队通过细胞实验、基因组分析、光谱分析和化学合成发现，Akk细菌通过细胞膜磷脂诱导人体免疫细胞分泌特定的细胞因子，并能重置树突状细胞的激活阈值，调节后续的免疫刺激，从分子基础、作用途径和生物学效应阐明了Akk细菌的免疫调节作用。结果发表在《自然》杂志上[12]。

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研究中使用的细胞实验技术是三年前开发的[13]。基本原理是检测特定细菌提取物刺激小鼠骨髓树突状细胞(mBMDC)分泌的细胞因子，从而研究免疫细胞对不同分子物质的反应。树突状细胞是先天免疫系统的一部分，能够识别病原体相关分子，并通过分泌细胞因子向获得性免疫系统传递信号。

同样，研究人员使用这种细胞检测技术来研究Akk细菌引起免疫反应的分子机制。在测试了Akk细菌培养基的各种成分(包括细胞团和上清液)后，研究人员发现，一种有效成分可以诱导细胞产生促炎细胞因子肿瘤坏死因子(TNF)。

质谱(MS)和核磁共振(NMR)初步分析表明，磷脂酰乙醇胺(PE)是活性成分中的主要物质。在细菌中，PE是细胞膜磷脂的主要成分。进一步的核磁共振分析证实了有效物质的分子结构如图1所示，其在标准脂质命名系统中的名称为A1533600-I1533600PE。典型的PE具有甘油核、在sn-3位的乙醇胺磷酸酯和分别在sn-1和sn-2位的脂肪酸酯。A1533600-I1533600PE的特殊之处在于两种脂肪酸分别在第12位和第13位有甲基和碳原子。

强大的A1533600-I1533600PE不是到处都有！脂质可以反映细菌的进化历史和当前的生存环境。在常见肠道细菌中未发现a 1533600-I 1533600 PE，在能引起免疫反应的肠道细菌中也未发现。Ak细菌，属于疣状微孢子虫，是肠道微生物中唯一来自疣状微孢子虫的细菌[12]。在Akk细菌中，a1533600-i1533600pe是膜脂的主要成分，约占50%。

这样有用的A1533600-I1533600PE可以用Akk细菌合成吗？a 1533600-I 1533600 PE的生物合成需要多个相关的生化反应，涉及多个反应酶。在Akk细菌的基因组中可以找到编码这些酶的基因，这表明Akk细菌具有合成A1533600-I1533600PE的潜力。此外，在细菌培养实验中，研究人员观察到Akk细菌可以合成A1533600-I15:0PE，使其潜力升级为硬实力。

综上所述，代谢分析、细菌菌群的系统发育位置、培养实验等方面揭示了Akk菌可以合成独特的生物膜磷脂。

免疫调节是一个复杂而微妙的过程。A15:0-I1533600PE如何应对细胞免疫？在剂量-反应研究中，a15:0-i15:0PE不仅增加了TNF的分泌水平，还增加了IL-6的分泌水平，但不影响IL-10和IL-12p70的分泌水平[图2]。

树突状细胞对细菌代谢物的反应需要病原体相关分子模式(PAMP)受体，通常是Toll样受体2(TLR2)和Toll样受体4(TLR4)。通过小鼠的基因敲除实验，研究人员发现TLR2是a15:0-i15:0 PE诱导细胞反应的受体。在以前的研究中，TLR2

由于Akk培养液中存在污染物质，为进一步研究化学构效关系(SAR)，研究者通过化学合成方法，人工制备a15:0-i15:0 PE。经测试，人工合成的a15:0-i15:0 PE具有与天然产物一致的光谱、色谱和生物特性。

既往化学构效关系研究指出，TLR2需要与TLR1或TLR6结合成异二聚体来产生免疫信号[14]。通过CRISPR-Cas介导的基因敲除技术，研究者发现TLR2-TLR1异二聚体是a15:0-i15:0PE引起细胞免疫反应的关键【图3】。

以上实验是在小鼠来源细胞进行，在人源免疫细胞是否也能引发特异性反应呢？研究者从人外周血提纯的单核细胞，用天然和人工合成的a15:0-i15:0 PE分别刺激，发现了与小鼠细胞中类似的信号：TNFa和IL-6转录水平被显著上调， IL-23、IL-23A和IL-12B异二聚体的转录水平只有轻微变化。这表明，Akk菌也能通过a15:0-i15:0 PE引发人体免疫细胞的特异性应答。

最后，研究者在人单核细胞衍生出的树突状细胞（MDDC）中测试a15:0-i15:0 PE对两种典型免疫原的作用：Pam3CSK4（激发TLR2-TLR1）、LPS（激发TLR4）。

当对实验过程的剂量和时间进行多次尝试和控制后，研究者发现低剂量的a15:0-i15:0 PE处理能抑制18小时后Pam3CSK4和LPS引起的免疫应答，并且这个抑制作用在高剂量a15:0-i15:0 PE刺激和短间隔时间下不出现。这表明低剂量a15:0-i15:0 PE能 钝化 细胞对其他免疫原的反应，一方面能忽略低剂量刺激，另一方面能缓和高剂量刺激，这可能是Akk菌对免疫调节的潜在机制[15, 16]。

该研究发现和合成Akk菌引发细胞免疫应答的分子物质基础，并揭示免疫应答需要的TLR2-TLR1异二聚体，还描述了低剂量刺激对细胞水平免疫应答的影响。这为理解Akk菌对人体健康和疾病的影响提供了一个全景图：从分子物质基础、作用途径到生物效应。