肠道微生物新角色促进早期产后发育的干细胞

撰文

亦

#肠道菌群#

小肠干细胞的成熟和发育与出生后的肠道微生物群暴露的时间相吻合，但二者间的相互作用还未得到解析。以往的研究提示微生物缺乏的情况下，干细胞增殖存在缺陷，但其中的机制尚不清楚。

年12月5日，医院的Tae-HeeKim在Immunity上发表了题为Gutmicrobiotapromotesstemcelldifferentiationthroughmacrophageandmesenchymalnichesinearlypostnataldevelopment的文章，发现产后肠道微生物通过调控巨噬细胞特化和间质细胞生态位（niche）促进干细胞分化，当肠道菌群失调时，这一发育会受损，新生儿可能患上坏死性小肠结肠炎（necrotizingenterocolitis,NEC），而乳酸菌处理能使其部分恢复。文章确定了一条肠道微生物群驱动潘氏细胞分化以限制NEC的途径。

为了观察微生物组和抗生素暴露在早期产后小肠发育中的作用，研究人员在怀孕雌性小鼠的孕期和断奶期对其进行光谱抗生素(Abx)处理，与之前研究一致，他们发现Abx处理的小鼠回肠隐窝长度明显缩短，基质细胞数量大幅下降，回肠中Lgr5-EGFP+细胞数量显著减少。单细胞RNA-seq数据显示，Abx群体中未分化的激活的循环干细胞和肠上皮细胞前体以及潘氏细胞前体比例都高于对照组。其中，Abx处理对潘氏细胞影响最大，与对照组相比，潘氏细胞分化程度更低，分泌颗粒数量更少，提示肠道微生物的暴露促进干细胞向潘氏细胞分化。为进一步明确潘氏细胞的分化及其起源，作者对Lgr5CreERT2R26TdTomato小鼠进行Lgr5+谱系追踪,发现大多LYZC+潘氏细胞是由Lgr5-EGFP+干细胞产生的。Wnt信号通路负责干细胞的增殖和潘氏细胞的成熟，作者分析了Wnt靶向基因，发现Abx群体中Wnt信号通路减弱，潘氏细胞成熟减少。以上说明抗生素处理会导致肠道菌群失衡，Wnt信号通路减弱，潘氏细胞分化缺陷。

巨噬细胞被报道与肠道微生物直接作用且调控潘氏细胞分化，它能极化为两种功能不同的细胞类型（促炎症反应的M1样和抑炎症反应的M2样，如CD+巨噬细胞），其中CD+巨噬细胞与上皮Wnt信号和炎症再生相关。于是作者利用带有巨噬细胞特异GFP敲入等位基因的小鼠，研究肠道微生物对巨噬细胞的影响。共聚焦成像显示Abx群体中巨噬细胞数目减少，scRNA-seq显示Abx群体中CD+巨噬细胞急剧减少，说明单核细胞向抗炎巨噬细胞的分化存在缺陷。此外，长期存活的巨噬细胞也减少，单核细胞趋化因子受体Ccr2表达也降低，说明Abx处理使长期存活的巨噬细胞维持削弱，单核细胞招募减少，从而影响巨噬细胞异质性。那么小肠干细胞niche中的巨噬细胞与间充质细胞（mesenchymalnichecell,MNC）之间是否存在相互作用呢？作者发现Abx群体中CD+巨噬细胞和基质细胞都减少，且共定位于小肠隐窝附近，Ng2+MNCs与CD+巨噬细胞的加入有利于肠状类器官的培养，进一步的研究发现CD+巨噬细胞是通过Wnt信号控制MNCs增殖的。

Abx的处理NEC相关，潘氏细胞的缺乏则导致NEC样的病理，作者发现无论是体内还是体外，经由Abx处理导致的肠道菌群失衡都会加速这一过程。16SrRNA微生物组测序发现在NEC小鼠模型中，乳酸菌数目急剧下降，而当重新种植乳酸菌时，小鼠的潘氏细胞分化缺陷和NEC样表型都得到回复。进一步地，作者发现即使是热灭活的乳酸菌也能增强巨噬细胞Wnt信号的表达，从而促进MNCs的增殖。肠的共培养系统显示巨噬细胞通过分泌Wnt及其他生长因子来促进干细胞分化为潘氏细胞，而在体内早期产后发育过程中，CD+巨噬细胞的分化和MNCs的增殖都是潘氏细胞分化所必须的。

综上，本研究解析了早期生命中的微生物暴露以及这一过程的破坏如何影响肠道干细胞生态及发展，发现微生物调节小肠干细胞分化和巨噬细胞极化，CD+小肠巨噬细胞促进间质生态细胞增殖，抗生素的处理会损伤肠道干细胞生态，促进坏死性小肠结肠炎，而这一表型可通过乳酸菌或巨噬细胞处理部分恢复。

原文链接：