LRP1通过介导肠髓样细胞对视黄醇的摄取以促进肠道适应性免疫

撰文 | Qi
责编 | 酶美

维生素A是一种脂溶性营养素，可被肠道上皮细胞从饮食中吸收并转化为视黄醇。这种维生素A代谢产物能够指导B和T细胞的发育并促进它们向肠道募集，因此，对于肠道适应性免疫至关重要【1】。包括树突状细胞和巨噬细胞在内的肠道髓样细胞，在依赖维生素A的肠道免疫的发展中起着核心作用，可以将抗原呈递给B细胞和T细胞以促进它们分化为功能性免疫细胞【2】。某些髓样细胞将视黄醇转化为视黄酸（retinoic acid, RA），然后将RA传递给发育中的B和T细胞，通过与视黄酸受体（RAR）形成复合物来激活RA依赖性基因表达程序，并引导B和T细胞至道，诱导免疫球蛋白A（immunoglobulin A, IgA）的产生【3, 4】。

截至目前，一个主要问题是肠道髓样细胞如何获得视黄醇以转化为RA。视黄醇是亲脂性的，需要通过视黄醇结合蛋白进行转运，使其免受水环境的影响。然而，将视黄醇递送至髓样细胞的蛋白质仍未被鉴定。血清淀粉样蛋A（Serum amyloid A, SAA）蛋白是在肠道上皮中表达的视黄醇结合蛋白。SAA的上皮细胞表达需要肠道微生物群和膳食维生素A。此外，SAA也由肝脏产生，并在全身细菌感染后与结合的视黄醇在血清中循环【5】。

在前期研究中，通过运用肠道菌群定制无菌小鼠以及维生素A缺陷饲料喂食的小鼠模型，Lora V. Hoope团队发现血清淀粉样蛋白A（Serum Amyloid A，SAA）家族蛋白在肠上皮细胞中的表达被肠道菌群和维生素A共同调控。体外生化实验和基于SAA基因敲除小鼠的体内实验揭示SAA是一类新的维生素A转运蛋白，并在机体遭受感染时发挥重要作用（Derebe MG, et al. eLife, 2014）。随后，通过共结晶技术，他们解析了结合视黄醇的小鼠SAA3蛋白的高分辨率结构，并通过大量体外生化以及体内实验揭示了该家族蛋白结合及转运维生素A的分子机制（Hu Z, et al. PNAS, 2019）。但是，SAA蛋白介导的维生素A转运的下游靶标还不清楚。

2021年9月17日，来自美国德克萨斯大学西南医学中心的Lora V. Hoope团队在Science杂志上发表了一篇题为 Serum amyloid A delivers retinol to intestinal myeloid cells to promote adaptive immunity 的文章，这项研究确定了低密度脂蛋白受体相关蛋白1（LRP1）介导肠道肠髓细胞获取视黄醇的分子基础，并强调了该摄取机制对于影响维生素A依赖性免疫至关重要。

该团队首先使用包括化学交联和质谱在内的生化方法发现LRP1能以高亲和力结合 SAA-视黄醇复合物，推断LRP1可能为SAA的细胞表面受体。为了进一步确认这一猜想，该团队利用Lrp1+/+和Lrp1-/-成纤维细胞评估SAA与细胞表面的结合及视黄醇被细胞的摄取是否依赖于LRP1。通过将这两种细胞分别与SAA-视黄醇复合物孵育并利用流式细胞术测定、3H-视黄醇示踪剂作为游离视黄醇与SAA复合，以及利用胰蛋白酶和内吞抑制剂处理并通过免疫印迹实验测定，确认LRP1可以促进SAA-视黄醇复合物的表面结合和内吞作用。

那么是否表达LRP1的细胞则为SAA-视黄醇复合物的靶细胞呢？为此，该团队比较了SAA及其受体LRP1和另一种视黄醇结合蛋白4（RBP4）及其受体的转录本及蛋白表达情况，并发现前者高度富集于肠道固有层的CD11c+髓样细胞中。随后，该团队通过生成CD11c+髓样细胞中Lrp1基因特异性缺失的小鼠（Lrp1ΔCd11c），并分离骨髓来源的树突状细胞和巨噬细胞，借助3H-视黄醇示踪剂证明LRP1能够促进CD11c+髓样细胞从SAA-视黄醇复合物中摄取视黄醇，这种摄取还会增加细胞中的视黄醛脱氢酶（RALDH）活性，该酶负责将视黄醇转化为RA的第二步酶促反应【6】。此外，该团队还发现Saa-/-小鼠的CD11c+细胞中负责编码上述酶促反应酶的基因表达降低，进一步确认SAA能促进髓样细胞对视黄醇的摄取，从而促进将视黄醇转化为RA的酶的表达。

接下来，该团队评估了SAA和LRP1是否能促进肠道中维生素A依赖的适应性免疫。与产生RA的髓样细胞中视黄醇摄取减少一致，Saa-/-小鼠的肠道中肠道归巢受体CCR9+的CD4+ T和B细胞数量降低。另外，Saa-/-小鼠和Lrp1ΔCd11c小鼠中缺乏可抵御肠道病原体入侵的IgA产生缺陷，而口服鼠伤寒沙门氏菌的这两种小鼠会表现出更高的死亡率。因此，SAA和LRP1介导的视黄醇内吞与维生素A依赖性肠道免疫相关。

这项研究表明LRP1能介导髓样细胞对视黄醇的内吞，促进B和T细胞的肠道募集，进而增强对肠道感染的抵抗力。总的来说，这些发现确定了肠道髓样细胞获取视黄醇的分子基础，并阐明了维生素A依赖性免疫必不可少的作用机制。如果添加SAA-视黄醇或SAA-LRP1相互作用的小分子抑制剂，或许可以在炎症性疾病期间选择性调节视黄醇介导的免疫反应。

原文链接：

https://doi.org/10.1126/science.abf9232

参考文献

1. 1. M. Iwata et al., Retinoic acid imprints gut-homing specificity on T cells. Immunity 21, 527–538 (2004). doi: 10.1016/ j.immuni.2004.08.011; pmid: 15485630

2. T. Sun, A. Nguyen, J. L. Gommerman, Dendritic Cell Subsets in Intestinal Immunity and Inflammation. J. Immunol. 204, 1075–1083 (2020). doi: 10.4049/jimmunol.1900710; pmid: 32071090

3. J. Nolting et al., Retinoic acid can enhance conversion of naïve into regulatory T cells independently of secreted cytokines. J. Exp. Med. 206, 2131–2139 (2009). doi: 10.1084/ jem.20090639; pmid: 19737861

4. J. A. Hall et al., Essential role for retinoic acid in the promotion of CD4+ T cell effector responses via retinoic acid receptor alpha. Immunity 34, 435–447 (2011). doi: 10.1016/ j.immuni.2011.03.003; pmid: 21419664

5. M. G. Derebe et al., Serum amyloid A is a retinol binding protein that transports retinol during bacterial infection. eLife 3, e03206 (2014). doi: 10.7554/eLife.03206; pmid: 25073702

6. R. Blomhoff, H. K. Blomhoff, Overview of retinoid metabolism and function. J. Neurobiol. 66, 606–630 (2006). doi: 10.1002/ neu.20242; pmid: 16688755v

注：本文来自BioArt微信公众号，更多生物领域前沿信息等你来发现!

转载须知

【原创文章】BioArt原创文章，欢迎个人转发分享，未经允许禁止转载，所刊登的所有作品的著作权均为BioArt所拥有。BioArt保留所有法定权利，违者必究。