肠道微生物特异性T细胞在胸腺中的发育

　　撰文 | 唐小糖

　　责编 | 兮

　　长久以来，人类及其体内的微生物群已经共同进化出了互利共生的关系，人类为微生物群提供良好的宿主环境，微生物群也为人类宿主提供一定的营养益处，除此之外还能够一定程度上保护人类免受病原体侵害【1】。免疫平衡是维持这种互利共生关系的关键所在，它将共生微生物限制在一定区域内，同时也限制了炎症性的抗共生反应【1,2】。

　　T细胞能够对肠道微生物抗原进行特异性识别，这在以上的免疫平衡中起着至关重要的作用，在人类出生后的前三年，微生物群的组成逐渐稳定，这也与T细胞多样性的扩增期相一致【3】。虽然T细胞的分化取决于局部环境已经明晰，但这群微生物特异性的T细胞在胸腺中是如何发育的目前还不清楚。

　　近日，纪念斯隆凯特琳癌症中心Gretchen Diehl和犹他大学医学院Matthew Bettini团队在Nature上在线发表了题为Thymic development of gut microbiota-specific T cells 的研究论文。发现生命早期的肠道定植使得肠道树突状细胞（DCs）将微生物抗原从肠道转运到胸腺，然后诱导微生物特异性T细胞的扩增。进入外周后，微生物特异性的T细胞即获得了致病潜力或能保护其免受相关病原体感染。通过这种方式，发育中的微生物种群能够塑造并扩大胸腺和外周T细胞多样性，使其加强对肠道微生物和病原体的识别。

　　分段丝状细菌（Segmented filamentous bacteria, SFB）是一种梭菌相关的共生微生物群，也是为数不多的确定了微生物特异性TCR的共生微生物之一，因此得以有确定的SFB四聚体用以追踪SFB特异性的T细胞。研究人员分别在年轻（刚刚断奶）和成年（12周）的无特定病原体（SPF）小鼠中定制SFB，两周后对T细胞群进行检测，发现年轻小鼠的胸腺中出现了SFB特异性的单阳性CD4+ T细胞，而成年小鼠中则未出现。而胸腺细胞总数、成熟程度以及SFB特异性的其他胸腺细胞亚群未发生变化。随后，研究人员通过流式细胞术以及RNA-seq对这群细胞进行了表征，绝大多数SFB特异性的CD4+ T细胞表现出CD24-TCRβ+CD25-Foxp3-的表型以及不同水平的CD44和CD69表达，表明这群细胞经历了阳性选择；同时还利用静脉注射CD45抗体和检测Rag2和CD73的表达确认了这群细胞是刚刚完成发育的T细胞而非血液中的循环细胞。外周（肠系膜淋巴结（MLNs）和回肠）T细胞的动力学变化在年轻和成年小鼠中则有所不同，此外，研究人员在定植后的年轻小鼠胸腺和MLNs中都发现了SFB的DNA。

　　接下来，研究人员通过与T细胞数量动态比对、肠道APCs分群、CX3CR1-DTR等模型方法确定了辅助微生物特异性T细胞胸腺扩增的抗原提呈细胞（APCs）— CX3CR1+ DCs，CX3CR1+ DCs的特异性删除显著降低了胸腺SFB特异性的T细胞扩增，并降低了胸腺和MLNs中细菌16S DNA的总水平。为了进一步了解细胞从肠道向胸腺迁移的特点，研究人员使用了KikGR33转基因小鼠，该小鼠所有细胞都表达GFP，在暴露于405nm波长的光后，GFP会光转化为RFP。对年轻和成年KikGR33小鼠的盲肠进行了光转化，48小时后对远端组织进行分析。在这两组中，胸腺、脾脏和MLNs中均观察到了RFP+细胞，大部分是MHCII+ APCs，这表明盲肠APCs向这些组织的迁移处于稳定状态。有趣的是，在年轻小鼠中，大部分胸腺迁移细胞是CX3CR1+ DCs、脾脏迁移细胞是B细胞，MLNs迁移细胞是CX3CR1- DCs；而在成年小鼠中则分别主要为CX3CR1- DCs和B细胞、B细胞以及B细胞。

　　最后，研究人员检测了胸腺微生物特异性T细胞是否具有功能，即能否对其外周组织中的抗原作出反应，通过结肠炎T细胞转移模型，定植SFB或大肠杆菌后，分离胸腺中的初始T细胞并转移到SFB或大肠杆菌定植的Rag2-/-小鼠体内。结果显示，与转移未定植的供体相比，转移定植SFB供体的胸腺T细胞后，定植SFB的受体小鼠表现出体重减轻和肠道病理增加，同时免疫浸润增加，TH17细胞的比例更高，SFB特异性结肠T细胞的比例和数量都增加，且大部分表达TH17转录因子RORγt。在转移定植大肠杆菌的供体胸腺T细胞的大肠杆菌定植受体小鼠中也观察到了类似的体重下降、病理和免疫浸润增加，但大肠杆菌定植的受体中更高比例的结肠T细胞表达Th1转录因子T-bet。在CX3CR1-DTR小鼠中重复上述实验，与野生型相比，转移CX3CR1删除的供体胸腺T细胞SFB定植受体小鼠表现出体重减轻、炎症、免疫浸润和SFB特异性T细胞减少等特征。

　　总的来说，该研究发现在年轻的小鼠中，肠道微生物定植驱动了微生物特异性的胸腺T细胞扩增，该过程依赖于肠道CX3CR1+DCs将微生物抗原从肠道转运到胸腺的过程。本研究为细菌特异性T细胞在生命早期的发展提供了新的视角，也为细菌特异性的免疫疾病（如炎症性肠病）提供了潜在的治疗策略。

　　原文链接：

　　https://www.nature.com/articles/s41586-021-03531-1

　　参考文献

　　1. Hooper, L. V., Littman, D. R. & Macpherson, A. J. Interactions between the microbiota and the immune system. Science 336, 1268–1273 (2012).

　　2. Zegarra-Ruiz, D. F. et al. A diet-sensitive commensal Lactobacillus strain mediates TLR7-dependent systemic autoimmunity. Cell Host Microbe 25, 113–127 (2019).

　　3. Boehm, T. & Swann, J. B. Thymus involution and regeneration: two sides of the same coin? Nat. Rev. Immunol. 13, 831–838 (2013).