《自然》：工程化益生菌或可成为自身免疫性疾病的新治疗方法!

来源：奇点糕 2023-08-23 14:35

虽然目前靶向DC的免疫调节方法已经有一些了，例如共递送自身抗原和耐受性AHR激动剂的纳米脂质体，或者递送自身抗原编码修饰的mRNA的纳米脂质体，但工程益生菌是一种能够长期使用且副作用最小的替代性方法

在最近的《自然》杂志上，哈佛医学院的研究团队发表最新研究成果，他们发现，DC和其他细胞产生的乳酸是抑制致病性自身免疫性T细胞的关键，经缺氧诱导因子1 （HIF-1 ）-NDUFA4L2通路限制线粒体活性氧产生，发挥抑制作用，他们还设计了一种益生菌，利用此机制成功抑制了T细胞自身免疫和中枢神经系统炎症反应[5]。

这项研究使用了模拟人多发性硬化的实验性自身免疫性脑脊髓炎（EAE）小鼠模型，对被招募到中枢神经系统的DC的单细胞RNA测序分析显示出了与炎症相关转录程序的激活，以及转录因子HIF-1 信号通路的激活。在EAE发病时，中枢神经系统、淋巴结和脾脏的DC中，HIF-1 水平增加。

DC中编码HIF-1 的基因的缺失导致EAE更加严重，HIF-1 缺陷型DC显示出与神经炎症、活性氧产生和线粒体去极化有关的转录增加，这些发现表明，HIF-1 限制了促进效应T细胞反应的DC转录程序。

代谢物可以稳定HIF-1 ，研究人员评估了代谢物对脾脏DC内HIF-1 水平的影响，L-乳酸诱导了最高水平的HIF-1 表达。L-乳酸降低了脂多糖诱导的小鼠和人DC中促炎细胞因子的表达，降低了与EAE诱导物共培养的促炎因子的表达，L-乳酸的抗炎作用是剂量依赖性的。此外，L-乳酸的抗炎作用依赖于HIF-1 。

脂多糖（LPS）诱导的DC中促炎细胞因子表达和L-乳酸治疗的情况

乳酸有两种异构体，一种是哺乳动物细胞产生的L-乳酸，另一种是由饮食、微生物组和丙酮醛通路产生的D-乳酸，在本次研究中，这两种乳酸具有同样的抗炎作用。

HIF-1 的缺失导致耗氧率增加，L-乳酸能够降低野生型DC的耗氧率，但不能降低HIF-1 缺失DC的耗氧率。

由于检测到了与HIF-1 缺失DC线粒体呼吸链的异常活动有关的转录模式，以及L-乳酸对耗氧率的HIF-1 依赖性影响，研究人员进一步分析了骨髓来源DC的线粒体HIF-1 靶基因的表达，发现，脂多糖刺激或L-乳酸治疗后，会出现HIF-1 依赖性的Ndufa4l2表达增加。

NDUFA2L2是呼吸复合物I的一个亚基，可以限制其活性和线粒体活性氧的产生。实验显示，HIF-1 驱动的Ndufa4l2表达限制了DC线粒体呼吸，Ndufa4l2过表达还限制了DC中促炎细胞因子的表达。Ndufa4l2敲低也可以抑制L-乳酸的抗炎作用。总的来说，NDUFA2L2依赖性活性氧抑制介导了乳酸的抗炎作用。

Ndufa4l2过表达对各促炎因子表达的影响

再进一步，活性氧和炎症反应激活未折叠蛋白反应和转录因子XBP1，从而驱动了DC的促炎反应。

由此，我们可以总结出，通过限制线粒体活性氧的产生，L-乳酸和HIF-1 驱动的NDUFA2L2表达抑制了DC中XBP1依赖性促炎反应。

研究人员发现，使用125mg/kg/日剂量的L-乳酸或D-乳酸进行治疗，可以抑制EAE小鼠的脑炎性T细胞和疾病的发展，并限制了与炎症、线粒体代谢、氧化应激和未折叠蛋白反应相关基因的表达。

为了使乳酸的吸收更便利，同时让大剂量乳酸给药相关乳酸中毒的可能性最小化，研究人员设计了一种可以产生D-乳酸的益生菌，他们敲除了大肠杆菌Nissle（EcN）的pta基因，引入了一个含ldhA基因的质粒，受37℃激活的热诱导启动子的调控，以保证丙酮酸向D-乳酸的充分转化。

在37℃培养时，改造的益生菌株成功分泌D-乳酸，而普通的EcN则没有。小鼠接受每日一次的改造益生菌灌胃，连续一周后，血浆、小肠和结肠中D-乳酸水平显著增加，小肠DC中HIF-1 和NDUFA4L2水平增加，XBP1表达降低。

在诱导EAE发病前3天，小鼠接受改造益生菌或普通EcN的预防性治疗，改造益生菌组的病情明显更轻，中枢神经系统、小肠和外周促炎T细胞数量更少，证实了改造益生菌的治疗潜力。

野生型的改造益生菌组小鼠（粉）EAE临床评分显著低于HIF-1 缺失和普通EcN组小鼠

虽然目前靶向DC的免疫调节方法已经有一些了，例如共递送自身抗原和耐受性AHR激动剂的纳米脂质体，或者递送自身抗原编码修饰的mRNA的纳米脂质体，但工程益生菌是一种能够长期使用且副作用最小的替代性方法，EcN益生菌的高安全性、高血清敏感性、广泛的易感性、已知的基因组图谱和高度可工程化的特点都是其作为治疗载体的优势。

研究人员认为，这一研究结果可能为自身免疫性疾病和过敏性疾病的临床提供新的可能。

参考文献：

[1] Anderson III D A, Dutertre C A, Ginhoux F, et al. Genetic models of human and mouse dendritic cell development and function[J]. Nature Reviews Immunology, 2021, 21(2): 101-115.

[2] Cabeza-Cabrerizo M, Cardoso A, Minutti C M, et al. Dendritic cells revisited[J]. Annual review of immunology, 2021, 39: 131-166.

[3] Nasser J, Bergman D T, Fulco C P, et al. Genome-wide enhancer maps link risk variants to disease genes[J]. Nature, 2021, 593(7858): 238-243.

[4] Saevarsdottir S, Olafsdottir T A, Ivarsdottir E V, et al. FLT3 stop mutation increases FLT3 ligand level and risk of autoimmune thyroid disease[J]. Nature, 2020, 584(7822): 619-623.

[5] Sanmarco L M, Rone J M, Polonio C M, et al. Lactate limits CNS autoimmunity by stabilizing HIF-1 in dendritic cells[J]. Nature, 2023: 1-9.

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