克羅恩病患者T細胞對腸道菌的反應轉變

撰文 | 一隻魚

人體腸道中有不計其數的微生物，在健康人體內，免疫系統對這些共生微生物表現出

免疫耐受性

，而在腸炎患者體內，免疫系統對一些微生物啟動免疫炎症反應，造成這種差異的原因仍然不清楚。

適應性免疫系統透過T細胞與微生物抗原的持續互作，維持機體對於腸道共生菌的免疫耐受。T細胞對腸道微生物的耐受性與組織微環境相關，並且在不同T細胞型別間可塑性很大。但是，T細胞命運如何受到腸道微生物的時間調控，以及微生物特異性T細胞如何參與保護性免疫仍然不清楚。解決這些問題需要知道T細胞抗原的特異性，追蹤在健康人和患者體內的T細胞，將T細胞受體特異性與不同的免疫反應聯絡起來。但是，目前研究人員面臨的一個問題是鑑定微生物來源的抗原比較困難。

近日，來自美國Broad研究所的

Daniel B. Graham

研究組和

Ramnik J. Xavier

研究組在

Immunity

上發表題為

The CD4+ T cell response to a commensal-derived epitope transitions from a tolerant to an inflammatory state in Crohn’s disease

的文章，

開發了一套用人源化細菌源T細胞抗原（hBOTA）算法系統性預測人類白細胞抗原（HLA）II類特異性表位的方法。鑑定到了一系列微生物抗原表位，其中來自擬桿菌的SusC是一種可以被廣泛識別的免疫顯性表位，在健康人體內，SusC啟用T細胞的IL-10細胞因子反應，表現為免疫耐受，而在克羅恩病患者體內，SusC啟用T細胞的IL-17A促炎症因子反應

。

為了解決人類微生物組抗原發現難的問題，研究人員利用他們之前開發的

細菌源T細胞抗原

（

BOTA

）演算法

【1】

，以此為基礎，開發了一套

人源化BOTA

流水線，首先透過提取吞噬體中在其天然狀態下可能具有拓撲可達性的區域，對共生菌的多肽進行優先排序，然後透過使用一組預定義的HLA II類等位基因進行MHCII結合預測，識別出相應的共生免疫肽組。

因此，

透過開發hBOTA演算法，他們鑑定發現了人類T細胞識別的微生物抗原表位

。

接下來，為了驗證hBOTA預測的抗原表位可以被免疫識別，研究人員選出了48個編碼高度流行的表位核心的15肽，稱為微生物組相關肽（MAPs），使用來自於40個健康受試者的外周血單個核細胞（PBMCs，包括T細胞、B細胞、NK細胞和單核細胞），用合成的MAPs進行體外驗證，從無數共生菌中發現了許多之前未被發現的免疫活性T細胞抗原表位。

腸道輔助性T（Th）細胞主要由Th1，Th17和調節性T（Treg）細胞組成，因此研究人員選擇與這三種T細胞相關的IFNγ，IL-17A和IL-10反應作為免疫活性的衡量因素，其中

IL-10是一種抗炎症的細胞因子，而IL-17A是促炎性細胞因子

。實驗結果顯示，所有的MAPs都可以在至少一個受試者細胞中顯著性啟用細胞因子反應，其中70。8%的MAPs可以在至少5個受試者細胞中顯著啟用免疫反應，說明

大多數hBOTA預測的MAPs都具有抗原特異性免疫活性

。

因此，

T細胞對微生物組表位的反應在健康受試者中廣泛存在，並引發不同的細胞因子反應

。

Treg細胞對於維持腸道穩態至關重要，而Th17細胞在腸道穩態中維持組織完整性和IgA反應。因此，研究人員提出假設，

共生菌抗原和宿主腸道T細胞之間持續的互作可能會表現為一種IL-10或IL-17A主導的免疫反應

。

於是，他們採用了優勢評分來評估哪個MAP能持續誘導強烈的IL-10和IL-17A反應，在得分最高的5個MAP中，由4個都被預測來自TonB依賴的受體家族（TBDRs）。TBDRs是革蘭氏陰性菌外膜的受體，介導許多物質的轉運，包括鐵、鎳、維生素B12和碳水化合物。TBDRs有一個共同的結構特徵，即一個跨膜的β-barrel結構域和其中高度可變的plug結構域，他們發現

TBDRs的plug結構域是表位熱點，可以被宿主T細胞識別

。

並且，為了驗證其免疫活性，他們人工合成了4個22肽的TBDR，TBDRP1-4，覆蓋了大多數plug結構域的表位，並且可以啟用來自於3個健康受試者的PBMCs，其中TBDRP3在3個受試者細胞中都可以啟用很強的IL-10反應。

研究人員在搜尋資料庫時發現，TBDRP3與來自於擬桿菌門的許多不同的TBDR類似的SusC蛋白有95。45%的相似性，於是他們將TBDRP3稱為SusC肽。在擬桿菌中，SusC蛋白是澱粉利用系統（Sus）的一部分，由多糖利用基因座（PUL）編碼，負責感知、結合、解聚和轉運多糖。他們發現

SusC肽在大多數健康受試者細胞中都可以誘導很強的T細胞IL-10反應，而在克羅恩病患者來源的PBMCs中，SusC肽顯著啟用T細胞的IL-17A反應

。

因此，

T細胞對於腸道共生微生物的反應是動態的，在不同的微環境中有不同的細胞因子反應，並與免疫耐受性相關

。

最後，他們在小鼠進行驗證，小鼠腸道的SusC特異性CD4+ T細胞根據它們在腸道上皮還是淋巴組織的位置表現出不同的免疫反應，說明

T細胞的動態調控與腸道對於擬桿菌的免疫耐受相關

。

總的來說，

這項研究開發了一種抗原發現的方法，可以評估在健康和炎症條件下微生物介導的T細胞免疫反應，揭示了T細胞對共生的擬桿菌的動態反應特性，以及克羅恩病患者中炎症相關的變化。

原文連結：

https://doi.org/10.1016/j.immuni.2022.08.016

參考文獻

1。 Graham， D。 B。 et al。 Antigen discovery and specification of immunodominance hierarchies for MHCII-restricted epitopes。

Nat. Med.

24， 1762–1772 （2018）。

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