Nature揭秘——肠道炎症如何“远程操控”大脑炎症
肠道微生物群被认为是多种疾病的重要驱动因素。大量研究表明，在炎症性肠病和神经退行性疾病中，肠道微生物群的组成会发生显著改变。微生物群的变化可通过调控特定代谢产物进入血液循环，进而产生系统性影响。此外，肠道微生物群还具有免疫调节功能，能够影响先天性和适应性免疫反应。然而，微生物群如何导致中枢神经系统（CNS）炎症仍不清楚，尤其是在CNS通常不存在微生物的情况下。最近发表在《Nature》的研究“Gut inflammation promotes microbiota-specific CD4 T cell-mediated neuroinflammation”发现识别肠道共生分段丝状细菌（SFB）的TCR7B8CD4 T细胞在缺乏调节性T细胞（Treg）的情况下，可同时诱发肠道和CNS的炎症反应。研究揭示SFB特异性T细胞在“肠-脑轴”炎症中的关键作用，并提示SFB抗原驱动的T细胞可能通过分子模拟促进自身免疫性神经炎症。
SFB通过调控T细胞赋予其致病潜能
研究团队将TCR7B8CD4 T细胞移植入Rag2⁻/⁻小鼠体内，在缺乏Treg的情况下，TCR7B8CD4 T细胞在SFB抗原刺激下分化为具有致病性的IL-17A⁺IFNγ⁺T细胞。值得注意的是，IL-17A⁺IFNγ⁺T细胞不仅引发了肠道炎症，还会向脑部迁移，导致实验小鼠出现共济失调、后肢瘫痪等典型神经症状。免疫荧光分析显示，TCR7B8CD4 T细胞可以深入脑组织，主要聚集在脑干和丘脑区域，并形成特征性的炎症细胞簇。对比实验显示，具有Treg细胞的Rag2⁻/⁻小鼠仅表现出轻微的神经症状，这一结果突显了Treg在抑制CNS炎症反应中的保护作用。进一步的实验发现，当研究人员采用阿莫西林清除SFB后，实验小鼠不再出现神经症状，且T细胞向脊髓的迁移被完全阻断；而在无菌条件下特异性定殖SFB的实验组小鼠会重现CNS炎症表型，并检测到T细胞产生IFNγ和IL-17A。这些关键证据充分表明，SFB抗原是驱动TCR7B8CD4 T细胞在CNS中激活和扩增的必要条件，这种异常的免疫应答不仅会导致肠道炎症，还能诱发严重的神经炎症反应（图1）。
图1. SFB抗原驱动的TCR7B8CD4 T细胞在肠道及CNS中扩增并发挥致病作用
（图片来源于《Nature》杂志）
TCR7B8CD4 T细胞在CNS被再次激活
由于血脑屏障的严格调控，健康脑组织和脊髓中CD4 T细胞的浸润极少，这显著限制了自身反应性T细胞介导的神经炎症风险。研究团队将TCR7B8CD4 T细胞或TCRVβ14细胞（即SFB特异性T细胞的主要亚群，包括TCR7B8CD4 T细胞）缺失的CD4 T细胞（TCRbulk−Vβ14CD4 T细胞）分别输入SFB定植的Rag2⁻/⁻小鼠后，两组实验小鼠均出现了结肠炎和神经系统症状，但值得注意的是，单独移植TCR7B8CD4 T细胞组小鼠即使结肠炎程度较轻，神经系统症状却更严重。进一步分析发现，TCRbulk-Vβ14组小鼠CNS中的CD4 T细胞数量显著低于TCR7B8CD4 T细胞组。与神经症状的严重程度一致，TCR7B8CD4 T细胞表现出强烈的IL-17A和GM-CSF应答，而TCRbulk-Vβ14CD4 T细胞则无此反应，提示TCR7B8 CD4 T细胞在CNS中被特异性再激活（图2）。关键的是，当出现神经症状的TCR7B8CD4 T细胞组小鼠接受氨苄青霉素清除SFB后，其神经评分并未降低。这进一步证实，TCR7B8CD4 T细胞能够在CNS中被再激活并维持长期的炎症反应，且不依赖于持续的SFB抗原刺激。
图2. 肠道炎症通过非TCR特异性方式促使TCR7B8CD4 T细胞的特异性再激活
（图片来源于《Nature》杂志）
TCR7B8CD4 T细胞识别宿主神经蛋白引发CNS炎症
接下来，研究团队分别将TCR7B8CD4 T细胞或TCR1A2T细胞转移到同样的Rag2⁻/⁻小鼠。尽管TCR1A2能识别与TCR7B8相同的SFB蛋白表位区域，不同于TCR7B8CD4 T细胞组出现了明显的神经系统症状，TCR1A2T细胞组小鼠仅出现了肠道炎症，没有表现出任何神经系统症状，大脑中几乎没有TCR1A2T细胞的浸润。深入研究发现，TCR7B8特异性识别八肽FSGAVPNK，而TCR1A2则仅对九肽QFSGAVPNK产生应答。通过比对，研究团队发现氨基酸序列与TCR7B8识别的SFB抗原片段（FSGAVPNK）相似的宿主蛋白，包括受体酪氨酸激酶（ERBB2）、滋养层蛋白（TRO）和后期促进复合物亚基2（ANAPC2）等。这些蛋白都在CNS中有很高的表达。同时体外实验证实，ERBB2、TRO1和ANAPC2的肽段，都成功地激活了TCR7B8CD4 T细胞。TCR7B8CD4 T细胞之所以能够在大脑组织中引发异常免疫反应，其机制并非源于对SFB的特异性识别，而是发生了抗原识别错误，将在肠道微环境中习得的针对SFB的免疫应答模式，错误地迁移至CNS，误将结构相似的自身神经蛋白识别为攻击靶点，从而触发了一系列致命的自身免疫反应过程。（图3）
图3. TCR7B8通过识别交叉反应性宿主蛋白促进CNS炎症的发生
（图片来源于《Nature》杂志）
肠道炎症加速CNS炎症进程SFB特异性T细胞主要在肠系膜淋巴结中生成，随后依赖β7 integrin（由Itgb7基因编码）迁移至肠道固有层。研究团队将等比例混合的Itgb7+/−TCR7B8CD4 T细胞和Itgb7−/− TCR7B8CD4 T细胞到Rag2⁻/⁻小鼠。结果发现Itgb7−/− TCR7B8CD4 T细胞组小鼠表现出肠道炎症和CNS炎症显著减轻。转移8周后，CNS中Itgb7+/−TCR7B8CD4 T细胞的检出频率也高于缺陷型细胞。这些数据表明，肠道炎症环境可促进肠道TCR7B8CD4 T细胞向CNS的浸润，并加速其介导的CNS炎症。（图4）
图4. 肠道炎症加速肠道共生菌特异性CD4 T细胞向CNS的浸润
（图片来源于《Nature》杂志）
IL-23R与GM-CSF协同促进CNS炎症发生
最后研究团队锁定了两种关键信号分子：1）IL-23R，由Il23r基因编码，位于致病性TH17细胞表面，在多种组织炎症和自身免疫病中调控其致病性；2）GM-CSF，由Csf2基因编码，由T细胞分泌并能激活大脑中小胶质细胞诱发炎症。对比TCR7B8CD4 T细胞组小鼠，敲除Il23r的TCR7B8CD4 T细胞组小鼠的肠道炎症未减轻，神经症状显著延迟但最终发展为CNS炎症；敲除Csf2的TCR7B8CD4 T细胞组小鼠神经症状也显著延迟，最终也会发展为CNS炎症；而同时敲除Il23r和Csf2的TCR7B8CD4 T细胞组小鼠未出现CNS炎症。另外，PLX5622（CSF1R抑制剂）处理的Rag2⁻/⁻小鼠因小胶质细胞缺失而未发生TCR7B8CD4 T细胞介导的神经炎症，这一结果明确了小胶质细胞在TCR7B8CD4 T细胞介导CNS炎症中的关键性作用。（图5）
图5. IL-23R与GM-CSF在TCR7B8 CD4 T细胞中的共同导致CNS炎症
（图片来源于《Nature》杂志）
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