结肠上皮细胞的 “守门人”：巨噬细胞阻止其对真菌代谢毒物吸收
来源：BioArt 2020-11-09 21:31
肠道不断暴露于食物以及共生菌群，因此肠道屏障的维持至关重要。肠道屏障还需要控制营养物质、电解质和水的吸收，限制有毒物质摄取。因此，肠道屏障破坏会导致多种疾病发生。远端结肠对于液体吸收尤为重要，以使粪便脱水固化，而且远端结肠会面对更多的微生物，包括细菌、真菌和病毒等。真菌在远端结肠中丰度更高，其代谢产物可以触发肠道上皮细胞凋亡。因此结肠黏膜组织需严格调控微生物
肠道不断暴露于食物以及共生菌群，因此肠道屏障的维持至关重要。肠道屏障还需要控制营养物质、电解质和水的吸收，限制有毒物质摄取。因此，肠道屏障破坏会导致多种疾病发生。远端结肠对于液体吸收尤为重要，以使粪便脱水固化，而且远端结肠会面对更多的微生物，包括细菌、真菌和病毒等。真菌在远端结肠中丰度更高，其代谢产物可以触发肠道上皮细胞凋亡。因此结肠黏膜组织需严格调控微生物代谢产物吸收。但是调节机制还有待研究。
远端结肠液体吸收是通过调节肠道单层上皮细胞选择性渗透实现的。肠渗透性受到肠道黏液层和紧密连接复合物的调控，并与离子通道、转运蛋白和水通道蛋白一道控制物质的选择性吸收。然而免疫细胞在参与肠通透性调节这一过程中的作用尚不清楚。
在肠道稳态条件下，肠道驻留型巨噬细胞会促进微生物降解，凋亡细胞清除，组织修复以及肠道蠕动。驻留的巨噬细胞还可以通过调节Treg细胞存活以及食物耐受限制炎症反应。破坏肠道上皮下巨噬细胞的功能会损坏肠道屏障完整性，导致炎性肠病发生。
近日，法国PSL research大学居里研究所的Ana-Maria Lennon-Duménil和Danijela Matic Vignjevic团队合作在Cell 上发表了题为Macrophages Maintain Epithelium Integrity by Limiting Fungal Product Absorption的文章。该研究发现上皮下巨噬细胞通过对远端结肠上皮细胞所吸收的液体进行快速质检，限制真菌代谢物的吸收，维持肠道屏障完整。
曾有报道发现去除了肠道巨噬细胞会促进肠道炎症的发生，但机制并不清楚。为了阐明清楚这个问题，作者利用CD64DTR小鼠进行实验，并用流式细胞术验证了此品系小鼠中结肠巨噬细胞的删除。分析发现在结肠远端的肠道上皮细胞存在大量凋亡的现象，而在近端结肠没有出现这种现象。作者接下来用含有荧光的酰肼分子组成的低渗溶液检测小鼠结肠通透性发现，CD64DTR小鼠的肠道通透性高于对照组小鼠。
于是作者想进一步分析在远端和近端结肠位置中，巨噬细胞和肠道上皮细胞的相互作用。作者对CD11c-Cre/R26mTmG 小鼠的整个远端和近端结肠进行成像。所有表达CD11c的细胞（包括肠道中的巨噬细胞和DC）细胞膜表面的tomato荧光转换为GFP，以便更好的检测细胞吞噬功能。作者观察到在远端结肠存在一群吞噬细胞，可以形成气球样的突起结构，与上皮细胞物理性的相互作用，作者将这一结构称为“气球状突起”（‘‘balloon-like’’protrusions ，BLPs）。
这些BLP的细胞胞体定位在隐窝的周围平均每个细胞有三个BLP结构。BLP不是对应于在小肠中报道过的经上皮的树突状结构，因为BLP没有延伸到结肠腔中。染色显示BLP+细胞表达肠道巨噬细胞的标志物CD11b+ MHCII+ F4/80+CX3CR1+ CD64+ CD103- CX3CR1-GFP+。在近端结肠BLP结构明显减少，但是近端结肠的巨噬细胞数量与远端结肠处的巨噬细胞数量相当。
进一步探究BLP内部结构，作者发现BLP内部囊泡为Tomato+，说明并不是来源于巨噬细胞。利用Villin： Cre-ERT2/R26mTmG小鼠验证发现，BLP的内部囊泡结构来自于上皮细胞。大部分的BLP为LAMP1 LAMP2和Rab7A晚期内体/溶酶体标记物阳性以及MHC II和CD74。
这也表明BLP包含有内体/溶酶体结构以及从上皮细胞内化而来的细胞膜。因为上皮细胞不表达后面两个分子，推测BLP的内体/溶酶体结构来自于巨噬细胞。利用单细胞转录组分析发现，BLP+的肠道巨噬细胞为CD11c高表达，属于巨噬细胞的亚群，富集于远端结肠，可以与上皮细胞形成紧密连接，很可能受到菌群调控。
接下来作者发现两种抗真菌药氟康唑和两性霉素B可以降低BLP数量，导致细胞形态与近端结肠处巨噬细胞相似，但不影响巨噬细胞数量，而抗细菌药物处理没有这种现象。在无菌小鼠中接种八种菌群或者胃肠道真菌Candida albicans验证发现真菌能够促进BLP的形成，同时会导致上皮细胞死亡，细菌的定植不会导致这一现象。如若在巨噬细胞删除之前给予小鼠抗真菌药物，则能够抑制因删除巨噬细胞导致的上皮细胞凋亡。
在排除了巨噬细胞中抗真菌相关通路对于BLP无明显影响后，作者提出假设，BLP通过与其紧邻的上皮细胞所吸收的液体，间接对真菌代谢产物和毒素进行取样，而不直接接触肠道微生物。
当用低渗溶液处理小鼠时，最快10分钟可以增加BLP数量，到30分钟恢复稳定状态。当使用泻药Bisacodyl抑制上皮细胞水分吸收时，BLP数量会降低。用Alexa-633标记的酰肼追踪上皮细胞吸收的液体发现，最快5分钟就可以发现染料在BLP的累积。当吸收的液体中含有真菌时，BLP的形成会增加。
远端结肠巨噬细胞形成BLP，BLP结构中累积酰肼（hydrazide）
为了探究巨噬细胞能否识别被上皮细胞吸收的真菌代谢产物，作者在低渗溶液中加入了胶霉毒素。含有胶霉毒素的液体能够最快5分钟刺激BLP的形成，20分钟基本停止吸收液体。而不含毒素的溶液没有停止被吸收。利用另外两种真菌毒素也得到了一致的结果。
这表明上皮细胞可以识别真菌毒素并能够停止吸收相关液体。作者接下来想了解上皮细胞的这种能力是内在的还是需要BLP的参与。作者发现CD64DTR小鼠的上皮细胞无法停止吸收含有真菌毒素的液体，上皮细胞出现大量凋亡。这些结果表明在远端结肠，巨噬细胞赋予上皮细胞识别毒素液体的能力，使其停止吸收，维持屏障作用。
鉴于CD74具有调控溶酶体扩容以及通过巨胞饮作用增加细胞外液体内化的作用，作者假设CD74参与了BLP+巨噬细胞对上皮细胞释放物质内化的过程。检测CD74KO小鼠发现，含毒素的低渗液体不能诱导BLP的增加，酰肼累积也明显减少，20分钟后上皮细胞吸收含有毒素液体的过程也没有停止，上皮细胞出现大量凋亡。
版权声明 本网站所有注明“来源：生物谷”或“来源：bioon”的文字、图片和音视频资料，版权均属于生物谷网站所有。非经授权，任何媒体、网站或个人不得转载，否则将追究法律责任。取得书面授权转载时，须注明“来源：生物谷”。其它来源的文章系转载文章，本网所有转载文章系出于传递更多信息之目的，转载内容不代表本站立场。不希望被转载的媒体或个人可与我们联系，我们将立即进行删除处理。
87%用户都在用生物谷APP 随时阅读、评论、分享交流 请扫描二维码下载->
