百奧賽圖/原創

引言

結腸炎是一種結腸炎症， 如果您患有結腸炎，您會感到腹部的不適和疼痛，結腸炎的體征和癥狀變化很大，可能較輕微並且在很長一段時間具有複發性，或者癥狀嚴重，發病突然，由於結腸炎分許多類型，治療時要因類型和癥狀而異。

小編即將為大家介紹的這篇文章利用小鼠模型進行了一系列嚴謹的實驗設計，闡明了抑制IL-17F利於誘導Treg細胞擴增共生菌定殖，從而實現結腸炎的抑制，進一步拓寬了治療結腸炎的思路和方向。

模型建立

眾所周知，建立和應用合適的小鼠模型是研究人類疾病機理的好幫手，本研究也不例外，作者利用了以下2種炎症性腸炎（IBD ）模型：

葡聚糖硫酸鈉（DSS）誘導結腸炎模型

通過改變DSS的濃度和給葯頻率，可以實現急性、慢性和複發性不同程度腸炎模型建立，作者為了誘導急性結腸炎，給小鼠飲用2％ DSS，然後每天監測結腸炎的程度，通過檢測小鼠體重變化、便血情況、糞便黏稠度進行疾病活動指數評分；

CD25–CD45RBhiCD4+ T 細胞誘導結腸炎模型

首先從小鼠的脾臟和淋巴結純化出CD4+ T 細胞 ，再利用熒光激活細胞儀分選出CD25–CD45RBhiCD4+ T 細胞 ，最後通過過繼性T細胞轉移到受體鼠實現T細胞誘導結腸炎模型。

研究背景

IL-17A和IL-17F有50%同源性，都屬於促炎細胞因子，之前有研究報道Il17f–/–缺陷鼠對DSS誘導的結腸炎有耐受性，而Il17a–/–缺陷鼠卻比野生型對DSS誘導的結腸炎更加敏感。然而，IL-17F和IL-17A在腸道炎症中功能差異背後的機制尚不明確，究竟是什麼原因導致二者在腸道炎症調控中起不同作用？

為了解開心中的困惑，作者利用上述2種炎症性腸炎（IBD ）模型開啟了探索IL-17F缺失和IL-17A缺失對結腸炎發展機制的征程。

實驗設計及結果

1、缺失T細胞來源的IL-17F可以使小鼠免受結腸炎

為了研究IL-17F和IL-17A在結腸炎發展中作用，分別用Il17a-/-、Il17f-/-和Il17a-/- Il17f-/-模型鼠設置了3個實驗組，首先，在DSS誘導的實驗中， Il17a -/- Il17f -/- 小鼠和Il17f-/- 小鼠表現出對結腸炎相似的耐受性，顯著輕於Il17a -/- 和野生型小鼠癥狀（圖1a和1b）。接下來在T細胞誘導免疫缺陷Rag2-/- 小鼠的實驗中，發現接受Il17a-/- T細胞的小鼠比接受野生型T細胞的小鼠發生更嚴重的結腸炎；相比之下，Il17f-/-T細胞比野生型T細胞誘導顯著更溫和的結腸炎（圖1c），在轉入Il17f-/- T細胞的小鼠，炎症性水腫引起的結腸縮短顯著減輕（圖1d），從圖1e結腸切片可以觀察到，在接受Il17a-/- T細胞的小鼠中觀察到炎性細胞大量浸潤到結腸固有層和上皮層，但在接受Il17f-/- T細胞中很少觀察到。上述實驗證明缺失T細胞來源的IL-17F可以使小鼠免受結腸炎。

圖1. 抑制IL-17F，而不是IL-17A，可同時抑制DSS誘導和T細胞誘導的模型中結腸炎的發展

2、Il17f-/-小鼠中Treg細胞群過度擴增使結腸炎癥狀減輕

在正常生理條件下，相比於野生型結腸固有層淋巴細胞（ cLPLs ），Treg細胞的一種標記性轉錄因子Foxp3的mRNA表達在Il17f-/- cLPLs中顯著增高，而在Il17a-/- cLPLs中沒有變的更高（圖2a左），並且這種高表達與抗炎細胞因子TGF-β的mRNA高表達相關（圖2a右），同時，在Il17f-/- 和Il17a -/- Il17f-/- 小鼠中，Foxp3+ Treg細胞佔cLPLs的比例更大（圖2b）。

圖2c是T細胞誘導Rag2-/-小鼠的實驗結果，數據顯示在cLPLs和結腸中，只有轉入Il17f-/- T細胞小鼠中cLP Treg細胞群才會出現過量擴增；而用CD25抗體處理Treg細胞後會消除Il17f -/-小鼠對DSS誘導的結腸炎抑制（圖2e）。實驗進一步表明Il17f -/-小鼠中Treg細胞群過度擴增是結腸炎減輕的原因。

圖2. IL-17F缺失，而不是IL-17A，會增加結腸中的Foxp3 + Treg細胞群

3、Il17-/-小鼠中的微生物群負責腸道炎症抑制

已知一些腸道共生菌群，例如C.XIVa和C.VI，能誘導Treg細胞抑制腸道炎症。為了研究Il17f-/- 小鼠的共生菌群是否參與對結腸炎的抑制，作者分別把SPF級 Il17f-/-、Il17a-/-、Il17a-/-Il17f-/-和野生型小鼠的糞便微生物群轉移到無菌小鼠（GF）並評估宿主小鼠對DSS誘導的結腸炎的敏感性。結果顯示，相對於野生型，來自Il17f-/-和Il17a-/-Il17f-/-小鼠的微生物可顯著抑制結腸炎的發展（圖3a）。對抗生素預處理的Rag2-/-受體鼠植入Il17f-/-小鼠糞便微生物群和CD25-CD45RBhiCD4+T細胞同樣能抑制結腸炎發展（圖3b右），相比，抗生素預處理的Il17f-/-小鼠在植入野生型小鼠微生物群時對DSS誘導的結腸炎變的敏感（圖3b左）。結果表明Il17-/-小鼠中的微生物群負責腸道炎症抑制。

隨後，通過測序分析糞便微生物中16S rRNA 對Il17f-/-小鼠的腸道微生物進行了鑒定，相比野生型，厚壁菌門（ Firmicutes ）比例在Il17f-/- 小鼠中顯著提高（圖3c），尤其是C. XIVa（包括C. bolteae和C. clostridioforme ）丰度是野生型2倍多，而其在Il17a-/- 小鼠中相對減少（圖3d和3e），Il17f-/- T細胞移植受體的C. XIVa群體同樣大於野生型或Il17a-/- T細胞受體鼠（圖3f），通過定殖C. bolteae或C. clostridioforme菌群於無菌小鼠，發現這些C. XIVa菌群可提高結腸中的總Treg細胞和外周誘導性Helios-Treg細胞群（圖g）。

圖3. 使cLP Treg細胞群過量擴增共生菌群C.XIVa並在Il17f-/- 小鼠和轉入Il17f-/- T 細胞的Rag2-/- 小鼠中過度定殖

4、IL-17F通過誘導AMPs來調節腸道C.XIVa定殖

接下來就是揭秘IL-17F調控C.XIVa機制的時刻，圖4a結果顯示Il17f–/–結腸中抗菌肽（AMPs）Ang4和PLA2顯著受損，而β-防禦素1和β-防禦素4顯著增強，補充材料結果表明其它AMPs並沒有顯著變化。當用重組蛋白刺激小鼠後，rIL-17F和rIL-17A均可增強小鼠結腸中Ang4的表達，但只有rIL-17F能增強Pla2g2表達，因為Pla2g2在缺乏IL-17A時表達正常，說明IL-17A不參與PLA2誘導過程（圖4b）。

研究還發現Ang4和Pla2g2的表達與C.XIVa的比例呈負相關（圖4c），Ang4和PLA2均可顯著抑制C. bolteae和C. clostridioforme的生長（圖4d）。 這些研究結果表明IL-17F通過誘導AMPs來調節腸道C.XIVa定殖。

圖4. IL-17F通過誘導AMPs Ang4和PLA2來抑制C.XIVa擴增

5、C.XIVa優先於普氏菌屬競爭腸道定殖

已有文獻報道擬桿菌門的比例，尤其是普氏菌科的丰度在患嚴重結腸炎小鼠和IBD患者中更為豐富，那普氏菌丰度是否與梭菌屬有關？革命尚未成功，研究仍要繼續，結果發現在Il17f-/- 而不在Il17a-/- 小鼠中普氏菌屬，包括P.loescheii和P.shahii，相比野生型顯著降低（圖5a和5b），並且這2種普氏菌對β-防禦素1和β-防禦素4高度敏感（圖5c ），同時觀察到C. XIVa和普氏菌科呈負相關（圖d） ，作者推測普氏菌和C. XIVa可能互相抑制對方的定殖，當把外源C. XIVa移植到SPF野生鼠，可以顯著抑制腸道普氏菌屬的定殖，反之，普氏菌屬並不能抑制C. XIVa（圖5e），補充材料結果進一步說明移植C. XIVa並不會抑制其它共生菌，C. XIVa優先與普氏菌屬競爭腸道定殖，C.XIVa通過上調β-防禦素4抑制普氏菌屬的生長。而PLA2表達的上調可以顯著降低C.XIVa的定殖同時使普氏菌群擴增（圖5f ）。

圖5.梭菌屬 C. XIVa通過誘導β-防禦素1和β-防禦素4抑制普氏菌屬

6、IL-17F抗體可增加C.XIVa和乳桿菌屬定殖，抑制結腸炎

接下來的研究評估了中和IL-17F對DSS誘導的結腸炎發展的影響。首先，用IL-17F 單克隆抗體（mAb） 給野生鼠施藥2周可顯著增加C.XIVa和乳桿菌屬的定殖（圖6a），再用DSS去誘導mAb預處理的小鼠，發現血便和腹瀉被顯著抑制（圖6b），mAb治療4周後，炎症誘導的盲腸水腫和結腸縮短被顯著抑制（圖6c和6d），同時發現mAb處理的小鼠中cLP Helios-Treg 細胞和IL-10+T細胞的丰度顯著增加，IFN-γ+Th1細胞的丰度被顯著降低（圖6e）。表明IL-17F抗體可增加C.XIVa和乳桿菌屬定殖，抑制結腸炎。

圖6. IL-17F抗體可增加C. XIVa和乳桿菌屬的定殖從而促進DSS誘導的結腸炎的恢復

結語

文章通過層層深入的剖析，表明IL-17F可抑制腸道內某些能誘導Treg的共生菌群，從而促進腸炎，揭示了IL-17F在調節共生菌群介導的結腸炎發展中具有重要作用，因此IL-17F及其下游通路或許是治療IBD等腸道炎症疾病的有效靶標。

免疫系統複雜而有趣，除了常見的炎症，過敏等疾病，目前已知還有很多疾病，比如動脈粥樣硬化，心血管疾病等都跟免疫系統相關，甚至可以看作免疫系統疾病，近年來腫瘤免疫的飛速發展，更讓人對調動自身免疫系統來抵抗自身疾病充滿了興趣。後續我們還會跟蹤更前沿的文獻報道，與您分享，敬請期待哦！

【參考文獻】

C. Tang, S. Kakuta, K. Shimizu, M. Kadoki, T. Kamiya, T. Shimazu, S. Kubo, S. Saijo, H. Ishigame, S. Nakae, Y. Iwakura, Suppression of IL-17F, but not of IL-17A, provides protection against colitis by inducing Treg cells through modification of the intestinal microbiota. Nat. Immunol. 19, 755–765 (2018).

推薦閱讀：

相关文章