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Immunity:肠道微生物调控外周淋巴结发育

来源:生物谷 2016-02-17 17:39

(淋巴细胞(T和B)在树突状细胞(DC)的调控下,抵御肠道微生物的入侵,图片摘自“清华免疫”微信公众号)

2016年2月17日 讯 /生物谷BIOON/ --在出生前的淋巴结发育过程中,淋巴囊(primitive lymph sacs)首先通过淋巴管分化活动(lymphatic vascularization)形成淋巴结原胚(lymph node anlage)。这一过程需要受到一群叫做"淋巴结引导细胞(lymphoid tissue inducer cell,LTi)"的调控,这类细胞实际上是一类CD4+CCR6+NKp46 的III型天然免疫细胞亚群。LTi细胞接收到来自视觉神经末梢分泌的视黄酸(retinoic acid,RA)的刺激,进而引发淋巴结的初始发育。

出生之后,LTi细胞不再存在于淋巴结中,但淋巴结仍旧继续发育。出生两周之后,小鼠淋巴结开始出现T区与B区的分隔;然而,外周淋巴结的发育在无菌小鼠中受到了抑制。这一现象表明肠道微生物对于出生后次级淋巴器官的发育具有重要的作用,不过其中的分子机制并不清楚。

血液中的淋巴细胞通过高内皮静脉(high endothelialvenules,HEVs)进入淋巴结中。这一过程首先是由一些地址素(addressin)的引导,其中包括a4b7的受体MadCAM-1以及CD62L的受体PNAd。在刚出生的小鼠中,MAdCAM-1的表达量较高,随着时间的推移,大约两周以后,PNAd的表达量占据主导地位。这一上调引导了基于L-选择素(L-selectin)的成体淋巴细胞归巢的效应。有报道指出,一类表达趋化因子受体CCR7的树突状细胞(DC)能够进入次级淋巴器官,进而促进高内皮静脉(HEV)的发育,但这类DC的活动是否受到肠道微生物的调节仍未可知。

在SPF小鼠中,肠道相关淋巴结的发育受到一系列转录因子的调控,包括ID2, IRF8, Batf3, IRF4。同时也受到 Notch2-依赖型RALDH+&CD11b+CD103+DC的调控。这类DC十分特殊,有报道指出这类DC能够将常规CD4+T细胞转变为诱导型Treg细胞,以及诱导淋巴细胞的归巢行为。因此,这类细胞很可能受到肠道微生物的调节,进而影响淋巴结的发育。

对此,来自清华大学医学院免疫学研究所的石彦教授课题组利用无菌培养小鼠模型与基因表达谱分析手段,证明了肠道微生物对RALDH+DC以及淋巴结发育的影响。相关结果发表在最近一期的《Immunity》杂志上。

首先,为了证明无菌小鼠中外周淋巴结的发育缺陷现象是由淋巴细胞归巢能力下降导致的,作者们利用CFSE标记了一定量的淋巴结细胞并通过尾静脉注射的方式分别导入SPF小鼠与GF(即无菌)小鼠体内。实验结束24小时之后,在SPF小鼠以及GF的腹股沟淋巴结,肠系膜淋巴结以及脾脏中都检测到了CFSE阳性的细胞群体。但是,相比于脾脏,GF小鼠的腹股沟淋巴结以及肠系膜淋巴结中的CFSE阳性细胞数量明显低于SPF小鼠。进一步的细胞特征分析也表明,CD4+T细胞,CD8+ T细胞,以及CD19+B细胞数量都明显减少。同时,作者发现五周左右的GF小鼠腹股沟淋巴结HEV中MAdCAM-1的表达量仍未下调,而PNAd的表达量也未明显上调,GF小鼠的淋巴结大小也明显低于SPF小鼠。通过将SPF小鼠与GF小鼠进行一段时间的共室培养后,作者发现GF小鼠HEV中两类地址素的表达量特征开始与SPF小鼠靠拢。这说明肠道微生物可能影响了HEV的生理特征。之后,作者将GF小鼠与SPF小鼠不同淋巴结的RNA提取出来并进行了深度测序。有意思的是,MAdCAM-1与PNAd-1的RNA表达水平并没有明显差异。这说明这一蛋白水平的差异可能是由于转录后调控的变化导致的。有意思的是,SPF小鼠中与脂肪代谢以及视黄酸信号通路的相关基因表达量明显高于GF小鼠。

维他命A(VitA)富集于脂肪细胞中,它能够激组织分化过程中的视黄酸(RA)信号。视黄酸脱氢酶(RALDH)能够将维生素的衍生物-视黄醛,转变为视黄酸。为了检测SPF小鼠中RALDH的表达量,作者利用CD1特异性视黄酸-beta-乳酸脱氢酶报告基因小鼠,提取了体内的腹股沟淋巴结细胞并进行了体外培养与孵育与检测。结果显示,在SPF小鼠的肠系膜淋巴结(MLN)中,有1%为RALDH+细胞,然而在GF小鼠中难以检测到。相似结果也出现在PP,LP中。之后,作者将GF小鼠与SPF小鼠进行了共同孵育。结果显示:共同孵育之后GF小鼠的淋巴结中RALDH+细胞的数量明显上调。

由于之前一致认为RALDH+细胞主要存在于大肠中,那么外周淋巴结中pLN的存在表明其可能具有此前未知的生理功能。为了证实这一猜想,作者提取了SPF小鼠体内的RALDH+ 细胞并将其通过静脉注射的方式导入五周左右的GF小鼠体内。7天以后,再次将CFSE标记的SPF LN细胞通过静脉注射的方式导入小鼠体内并观察其归巢能力。结果显示:在RALDH+细胞导入的小鼠中,CFSE+细胞向mLN,iLN中归巢的能力明显高于对照组。这说明RALDH+细胞的确能够影响淋巴细胞的归巢行为。

之后,作者希望了解肠道微生物是如何影响RALDH+细胞的生理功能的。首先,作者对这部分RALDH+细胞进行了鉴定,证明它们的确属于肠道分布的CD103+ CD11b+DC,进而表明肠道微生物的存在能够引起这部分细胞从肠道向外周淋巴结迁移。之后,作者利用不同类型的抗生素进行处理,发现RALDH+DC的迁移受到一类叫做"热带假丝酵母"的肠道真菌的调控。

进一步,作者发现RALDH+向外周淋巴结的迁移能够引起HEV地址素的表达谱的变化,即降低MAdCAM-1的表达量,同时升高PNAd的表达量。另外,作者发现这部分从肠道迁移过来的DC能够在外周淋巴结中对淋巴细胞进行"教育",从而引导它们成熟后向肠道组织迁移。

最后,作者给SPF小鼠饲喂缺乏维生素A的饲料,证明了维生素A是完成这一活动的必须元素。

综上,作者阐释了肠道存在的一类特殊的DC(CD103+ CD11b+ RALDH+),该类细胞在小鼠出生初期能够响应肠道内热带假丝酵母的刺激,向外周淋巴结中迁移,这一过程进而促进外周淋巴结的发育以及淋巴细胞的归巢活动。至于肠道微生物是如何调节DC的行为,以及外周淋巴结是如何进行发育的问题,需要进一步研究。(生物谷Bioon.com)

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DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.immuni.2016.01.004

PMC:

PMID:

Peripheral Lymphoid Volume Expansion and Maintenance Are Controlled by Gut Microbiota via RALDH+ Dendritic Cells

Zongde Zhang, Jianjian Li, Wencheng Zheng, Guang Zhao, Hong Zhang, Xiaofei Wang, Yaqian Guo, Chuan Qin, Yan Shi

Lymphocyte homing to draining lymph nodes is critical for the initiation of immune responses. Secondary lymphoid organs of germ-free mice are underdeveloped. How gut commensal microbes remotely regulate cellularity and volume of secondary lymphoid organs remains unknown. We report here that, driven by commensal fungi, a wave of CD45+CD103+RALDH+ cells migrates to the peripheral lymph nodes after birth. The arrival of these cells introduces high amounts of retinoic acid, mediates the neonatal to adult addressin switch on endothelial cells, and directs the homing of lymphocytes to both gut-associated lymphoid tissues and peripheral lymph nodes. In adult mice, a small number of these RALDH+ cells might serve to maintain the volume of secondary lymphoid organs. Homing deficiency of these cells was associated with lymph node attrition in vitamin-A-deficient mice, suggesting a perpetual dependence on retinoic acid signaling for structural and functional maintenance of peripheral immune organs.

 

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