来源期刊： Ann N Y Acad Sci | 2018 Apr;1417(1):116-129
首发时间：2018-03-12
作者：Deniz Erturk-Hasdemir and Dennis L. Kasper
关键词：肠道菌群，免疫调节，多糖A，调节性T细胞，拟杆菌属，两性离子多糖
DOI：10.1111/nyas.13660
原文出处：大海捞针：脆弱拟杆菌多糖A作为典型的共生因子 - 埃尔图尔克-哈斯德米尔 - 2018 - 纽约科学院年鉴 - 威利在线图书馆 (wiley.com)

摘要

从出生开始，所有动物都与它们的常驻微生物建立了共生关系，这对微生物和宿主都有利。最近的技术进步大大提高了我们的能力，使我们能够将研究引向识别影响宿主生理的重要微生物物种。从这些微生物中鉴定特定共生分子及其作用机制仍处于早期阶段。脆弱拟杆菌的多糖A（PSA）是一种共生分子的典型例子，它可以在健康和疾病中调节宿主免疫系统。这种两性离子多糖对哺乳动物免疫系统的发育以及产生白细胞介素10的CD4+T细胞的刺激有重要影响；因此，PSA在实验性自身免疫、炎症和感染性疾病方面给宿主带来益处。在这篇综述中，我们总结了目前对脆弱拟杆菌PSA免疫调节作用的理解，并将这些作用作为一种新的免疫学范式进行了讨论。特别是，我们讨论了我们对该分子独特功能机制及其治疗潜力的理解的最新进展，并回顾了微生物组研究领域旨在发现新的共生产物及其免疫调节潜力的最新文献。

介绍

所有活的生物都有微生物群落——一种生活在暴露于环境中的所有身体表面上的多种微生物群落。近年来，在协作宏基因组项目中使用的与培养无关的高通量技术极大地扩展了我们对不同生态系统中环境和宿主相关微生物群的组成、多样性和动态的理解。1这些技术使研究人员能够产生大量的宏基因组数据2，在确定植物、3-5种动物、6-12种动物和广泛栖息地（包括家庭、13家医院、13个土壤、14个温泉、15个珊瑚礁、16个海洋）中的常驻微生物群落的重要成员方面具有潜在的实用价值。17,18

虽然已经确定了许多关键微生物物种，但它们与宿主或环境的关系通常是从相关关联而不是因果关系中推断出来的。19鉴于常驻微生物群落对个体、宿主健康和全球健康的巨大影响，微生物组研究需要朝着对常驻微生物对生理学影响的机制化理解迈进。粪便微生物群移植20，21用于治疗感染22或炎症23，24疾病和土壤微生物群移植25用于恢复被破坏的居民社区是目前考虑或使用的具有重要潜力的微生物干预的例子对健康、经济、气候和环境的好处。使用复杂微生物群落的方法的一个主要限制因素是，分子水平上的活性机制尚不清楚；因此，随着这些社区的变化，它们所带来的任何好处都可能减少。发现负责分子并阐明其作用机制将有助于开发用于预防、治疗或环境干预的稳定且可重复的共生产品。我们从多年来对脆弱拟杆菌作为模式生物和脆弱拟杆菌多糖a（PSA）作为典型共生抗原的研究中所学到的知识将对揭示指导微生物群与宿主相互作用的机制原理具有重要价值。

关于人体微生物菌落

人体包含的原核细胞比真核细胞多，微生物编码基因比人类基因多很多倍。大多数人类微生物群中的大部分存在于胃肠道；其他身体部位，包括口腔、呼吸道、皮肤和泌尿生殖道也有不同的微生物群落。甚至有人认为，曾经被认为是无菌的胎盘含有独特的微生物群。微生物定植始于出生；微生物群达到在生命的前3年内，其组成类似成人，然后在整个成年期保持相对稳定。在生命的最初几年中建立多样化和平衡的微生物群对于发展健康的免疫系统至关重要，并且可能对以后的生命中的疾病预防很重要。微生物群的组成和功能失衡（失调）是多种炎症性疾病的根本原因（炎症性肠病（IBD）和结肠癌）、过敏性（哮喘和特应性）、自身免疫性（乳糜泻、关节炎和多发性硬化症）、心理/神经学（自闭症、帕金森病、阿尔茨海默病、抑郁症和精神分裂症）和代谢性（糖尿病、肥胖、代谢综合征和夸什奥科）。根据卫生假设，后工业社会中抗生素的使用、更好的个人卫生和改善的卫生条件对人类微生物群的多样性产生了负面影响。最近的研究表明，住在农场、养宠物和兄弟姐妹、阴道分娩和母乳喂养会增加微生物的接触，并提供更多样和更具保护性的微生物群。

关于肠道微生物群

如上所述，胃肠道比任何其他身体部位都含有更多的微生物。这个密集的微生物群落包括细菌、病毒、噬菌体、真菌、古菌和原生动物，细菌数量超过所有其他微生物。61在健康方面，宿主和微生物群以互利的关系共存。宿主为微生物群提供了营养丰富的生态位，而共生微生物促进营养的消化，62分泌代谢物，63产生维生素，64防止病原微生物感染，65–68向宿主免疫系统提供信号，诱导其健康发育，35，69并刺激先天和适应性免疫反应以维持体内平衡。70沿着肠道的微生物定植的组成和密度是不均匀的，远端结肠每克肠腔内容物含有高达1012个细胞。71总的来说，人类肠道微生物群包括至少2172种细菌72，主要属于五个门：拟杆菌门、厚壁菌门、梭杆菌门、变形杆菌门和放线菌门。73

脆弱拟杆菌

在拟杆菌门中，拟杆菌属包括一些肠道物种，它们最擅长利用食物和宿主来源的多糖74–76，并耐受氧气和广泛的相变化来表达不同的表面结构。77作为本属的一个重要物种，脆弱拟杆菌是肠道微生物群的重要成员。尽管脆弱拟杆菌只占大多数人类肠道微生物群的1%，但它对宿主生理有着深远的影响。脆弱拟杆菌是一种专性厌氧革兰氏阴性杆菌，最初被认为是来自正常微生物群的有机体，最常见于临床感染部位，如粪便溢出或菌血症引起的脓肿。78脆弱拟杆菌对表面结构的相位变化具有很高的能力。对其基因组的完整测序表明，许多这些可变结构可归因于由转化酶控制的启动子DNA反转，该转化酶调节基因表达。79尽管脆弱拟杆菌可能导致腹腔内脓肿的形成、软组织感染和肠道外的细菌感染，但当其包含在肠道内时，即在其正常栖息地中，它具有许多有益的影响。用脆弱拟杆菌单定殖以前无菌的小鼠可以纠正免疫系统中的细胞和发育缺陷，69，81预防结肠炎动物模型中的肠道炎症，81–83预防感染，84–88甚至调节肠外组织的免疫反应。89–92

脆弱拟杆菌荚膜多糖复合物

作为肠道微生物群的一个重要成员，脆弱拟杆菌在很大程度上依赖于其高度复杂和动态的荚膜多糖结构，以实现与宿主的共生相互作用。93脆弱拟杆菌基因组的很大一部分用于碳水化合物代谢，控制膳食多糖的使用和荚膜多糖的生产。75,76,79,94与宿主的基于聚糖的相互作用对于肠道定植、95,96防止补体和吞噬细胞杀伤、97,98和宿主免疫系统的免疫调节至关重要。99100脆弱拟杆菌从不同的基因组位点合成八种结构独特的荚膜多糖（多糖A至H）。101102脆弱拟杆菌产生多种多糖的能力在细菌中是一种不寻常的现象。八个多糖合成基因座中的七个由启动子区的DNA反转调节，这导致基因座的ON-OFF表达的相位变化。102103Mpi（多启动子转化酶）是一种DNA转化的全局调节因子，调节这七个基因座的表达。104我们的实验室最初对脆弱拟杆菌荚膜的两种不同多糖（PSA和PSB）的免疫化学、105结构、106和抗原107特性进行了表征。随着脆弱拟杆菌基因组测序的完成，还对其他多糖的生物合成位点和抗原性进行了表征，发现PSA在免疫调节功能方面表达最丰富且最有效（图1）。108–110

图1.脆弱拟杆菌荚膜。用钌红染色的脆弱双歧杆菌的电子显微照片（左）显示了多糖荚膜（cap）。B、 脆弱菌基因组包含八种不同荚膜多糖（PSA-PSH）的生物合成位点。B、 脆弱拟杆菌通过含有不同荚膜多糖生物合成位点启动子区的DNA反转来调节其动态表面结构。这种相位变化是确定每个细菌中多糖组成的主要机制。多糖A（PSA）（右）由平均分子量约为130kDa的重复四糖单元组成。每个重复单元的两性离子性质来自一个带正电的游离氨基和一个带负电的羧酸盐。

多糖A

利用高分辨率核磁共振光谱，我们的实验室阐明了PSA的结构——典型的共生免疫调节分子。该多糖由一个含有4，6-丙酮酸的四糖重复单元组成，并与d-吡喃半乳糖、2，4-二脱氧-4-氨基-d-FucNAc、d-N-乙酰半乳糖胺和d-呋喃半乳糖相连。106平均而言，该四糖111的100个以上重复单元产生130kDa的分子大小。112核磁共振研究表明，每个重复单元含有一个带正电的游离氨基和一个带负电的羧酸盐。106这种带独特电荷的分子结构非常不寻常：大多数细菌荚膜要么带负电荷，要么带中性多糖。PSA的双电荷基序是两性离子多糖（ZPSs）113的标志，去除阳性或阴性基团会使碳水化合物免疫力下降。107114在数百种已知的细菌荚膜多糖中，只有少数具有这种两性离子基序，包括肺炎链球菌的Sp1、金黄色葡萄球菌的115 CP8、116和Morganella morganii的O链抗原。117最近的一项基因组筛选鉴定了具有产生ZPS分子能力的多种宿主相关细菌。118种来自这些细菌的裂解物具有免疫调节作用，与它们的近亲ZPS非产生性亲属不同。需要进一步的研究来制备和纯化这些ZPS的突变体，并充分描述它们的功能。ZPSs的一个共同特征是通过主要组织相容性复合物II（MHCII）途径激活T细胞的能力；这种能力驳斥了碳水化合物是不依赖T细胞的抗原。13119

处理和呈现多糖A

PSA诱导的T细胞活化需要抗原呈递细胞（APC）通过MHCII途径呈递多糖片段。120PSA被APC内化，并以与传统抗原类似的方式在内吞室中进行解聚。121然而，不是酶促反应，PSA在内体中的解聚是其呈现所必需的，并且依赖于诱导型一氧化氮合酶（iNOS）和活性氮物种。122 PSA不能诱导iNOS缺陷突变动物的脓肿形成。脱氧解聚不会改变PSA的两性离子性质，如一氧化氮处理的PSA的质子核磁共振分析所示。122这种相互作用需要APC与T细胞的直接接触。在MHCII缺乏的细胞中，PSA被内化，但不能运输到细胞表面。120此外，在MHCII分子缺陷的APC中，响应PSA的T细胞增殖被阻断。123 PSA和MHCII分子的直接相互作用已通过共免疫沉淀和共定位记录。120123此外，PSA可以诱导具有抑制特性的T细胞亚群的克隆扩增。124有趣的是，T细胞受体（TCR）序列在这些特定T细胞的互补决定区3环内含有两性离子基序。124

PSA干预内稳态和免疫系统发育

共生细菌对胃肠道的定殖对宿主健康至关重要。无菌条件下饲养的无菌小鼠的许多缺陷使这些动物易患多种疾病和严重感染。无菌动物在身体系统中表现出形态、细胞和功能缺陷，导致生理异常。也许无菌状态最重要的影响是对宿主免疫系统产生的。宿主特异性微生物群是健康免疫系统完全成熟所必需的。68与传统动物相比，无菌动物的小肠表面积更小；较薄的固有层；较大的盲肠；小淋巴结和佩耶斑；较少的生发中心、浆细胞、上皮内淋巴细胞和调节性T细胞（Treg细胞）；抗菌肽、IgA、一氧化氮、巨噬细胞活化标志物和MHCII水平较低；结肠固有层和肺中不变的自然杀伤T细胞数量增加；125通过用常规微生物群重新克隆来纠正这些缺陷，反映了共生生物对健康免疫系统发展的需求。

脆弱拟杆菌PSA是第一种公认的共生共生因子，它介导免疫系统的发育，逆转无菌动物的形态、细胞和功能缺陷。用野生型（WT）脆弱拟杆菌（而不是用缺乏PSA（PSA）的脆弱拟杆菌突变株）对无菌动物进行单定殖可以增加脾脏CD4+T细胞的数量。69此外，用纯化的PSA腹腔内处理无菌动物足以将T细胞扩增到常规小鼠中存在的水平。无菌和脆弱拟杆菌PSA定殖动物的卵泡结构更小，定义更不明确，但WT脆弱拟杆菌定植可以纠正淋巴滤泡的发育缺陷。69与常规动物相比，无菌动物也具有TH2歪斜的T细胞分布并表达更高水平的TH2型细胞因子（例如白细胞介素（IL）4）；这些异常会使宿主易患传染性、过敏性和炎症性疾病。126 TH1/TH2失衡可以通过施用粗细菌提取物来纠正。127 PSA是可以纠正这种失衡的纯共生抗原的第一个例子。用WT脆弱拟杆菌而非PSA突变体定植无菌动物，以及在体外培养树突状细胞/CD4+T细胞与纯PSA共培养，刺激TH1细胞因子干扰素（IFN-）和IL-2的表达，并重建TH1/TH2细胞因子的正常平衡。69这些结果表明，PSA是诱导宿主免疫系统发育所必需的，并有力支持脆弱拟杆菌与其哺乳动物宿主之间共生关系的假说（图2）。

图2.PSA的免疫调节。脆弱拟杆菌的多糖A（PSA）是一种共生因子，在肠道中介导宿主免疫反应。PSA可以诱导免疫系统的细胞和物理发育，并纠正GF小鼠中TH1/TH2细胞的失衡。PSA以TLR2依赖性方式被浆细胞样树突状细胞（pDC）识别，并由主要组织相容性II类（MHCII）分子和共刺激分子（如ICOSL和CD86）呈递以诱导Treg细胞。因此，PSA诱导的产生IL-10的Treg细胞提供了对结肠炎和实验性自身免疫性脑脊髓炎（EAE）等疾病的保护。

PSA在脓肿形成和保护中的角色

通常，共生微生物在肠道内时对免疫系统产生积极影响。然而，当身体创伤或手术损害肠壁的完整性时，微生物可能会渗入腹腔，导致腹膜炎和脓肿形成。78与它在肠道中的有益作用相反，脆弱拟杆菌是从来自腹膜粪便污染引起的厌氧感染和腹腔内脓肿患者的临床标本中最常见的分离物种。PSA在脓肿形成中的作用的研究使用了一种动物模型，其中通过手术植入脆弱拟杆菌接种物和无菌盲肠内容物来诱导脓肿的形成。128脆弱拟杆菌形成脓肿的能力取决于其荚膜多糖：当与无菌盲肠内容物一起作为佐剂时，热杀细菌或纯化的荚膜多聚糖复合物（CPC）足以促进脓肿形成，而未封装的脆弱拟杆菌菌株未能诱导脓肿。129此外，用CPC免疫保护动物免受脆弱拟杆菌或CPC引起的脓肿形成。130后来的研究表明，实验性脓肿模型中的免疫发展和保护都是由T细胞对脆弱拟杆菌的反应介导的。产生IL-17的CD4+T细胞诱导脓肿形成。与WT对照组相比，TCR/CD4+敲除基因型的小鼠在该模型中受到攻击时出现脓肿的次数更少，IL-17的产生对于脓肿的形成是必要的。131另一方面，过继转移用脆弱拟杆菌CPC免疫的动物的脾细胞可保护受体免受脆弱拟杆菌诱导的脓肿。132尽管过继转移免疫血清、B细胞或巨噬细胞不能保护小鼠免受脓肿形成，但从免疫小鼠中提取的富含脾T细胞的群体足以预防脓肿；因此，脆弱拟杆菌CPC诱导的保护中的T细胞依赖性免疫。由于来自免疫动物的免疫血清不能阻止脓肿的形成，但CD4+T细胞可以阻止，因此在这种脓肿模型中的保护机制是细胞的，而不是体液的。133此外，提出了一种低分子量可溶性因子134，其由抑制型T细胞产生，132参与CPC诱导的保护。在后来的几年里，人们发现这种因子是IL-10，由Treg细胞产生，这是PSA诱导免疫调节的关键机制。PSA是脆弱拟杆菌CPC中诱导或预防脓肿的重要成分。纯PSA在促进脓肿形成方面比CPC更有效。当它的两性离子电荷被去除时，它就失去了引起病理的能力。107此外，用PSA体外处理的T细胞的过继转移、用PSA免疫135或从PSA免疫的动物中过继转移T细胞可保护未免疫的动物免受腹腔内脓肿的形成。这种保护也取决于PSA的两性离子电荷。136

PSA在肠道中的免疫调节

在脓肿模型中发现T细胞介导的免疫应答PSA后，研究集中于调查PSA是否在肠道（脆弱拟杆菌的自然栖息地）中使用类似机制。如前所述，PSA通过建立适当的TH1/TH2平衡来促进肠道内的稳态和免疫系统发育，从而与宿主建立有益的关系。69脆弱拟杆菌在肠道中定植一个独特的粘膜生态位，这种定植需要PSA介导的对TH17细胞的抑制。137当用PSA突变体单克隆小鼠时，发现的组织相关细菌比用WT B.fragilis单克隆小鼠后更少。此外，与用PSA突变体单克隆的小鼠相比，用WT B.fragilis单克隆的小鼠中产生IL-17的CD4+T细胞的数量要低得多。137 PSA对促炎细胞因子IL-17的抑制表明PSA可能在肠道炎症中具有保护作用。在单克隆动物中，WT B.fragilis而非PSA突变体诱导了已知具有抗炎特性的CD4+CD45Rblow T细胞群82。138为了确定PSA是否能保护动物免受肠道炎症，使用了实验性结肠炎的CD4+CD45Rb转移模型。当用WT B.fragilis对动物进行单克隆或用纯PSA口服治疗时，它们可以免受由肝幽门螺杆菌定植和CD4+CD45Rb高T细胞转移诱导的结肠炎的影响。82相反，用PSA突变体定植未能保护动物免受实验性结肠炎的影响。类似地，在三硝基苯磺酸（TNBS）诱导的化学性结肠炎模型中，口服纯PSA82或来自WT B.fragilis（但不是来自PSA突变细菌139）的外膜囊泡（OMV）足以保护动物免受肠道炎症。此外，PSA介导的保护涉及IL-10的产生和IL-17.82的抑制。随后，PSA在肠道中诱导的特定T细胞集被描述为IL-10–产生CD4+CD25+Foxp3+Treg细胞，具有诱导表型。PSA介导的免疫调节需要140个APC，特别是耐受性浆细胞样树突状细胞（pDC）。83个pDC，而不是传统的DC（cDC）参与对PSA的免疫应答。在体外，PSA通过pDC比通过cDC更有效地激活产生IL-10的Treg细胞。此外，与PSA预孵育的过继转移的pDC比cDC对TNBS结肠炎的保护作用更强，pDC的耗尽破坏了PSA诱导的保护作用。83在坏死性小肠结肠炎中也观察到PSA的抗炎作用。PSA抑制小鼠胎儿小肠器官培养物和手术中从坏死性小肠结肠炎患者切除的小肠中分离的肠上皮细胞中IL-1诱导的IL-8的产生。141健康肠道微生物群的一个重要特征是能够预防机会性病原体引起的感染。许多益生菌用于治疗胃肠道机会主义者引起的感染。142脆弱拟杆菌在预防肠道感染中的作用尚未得到广泛研究。最近的一篇文章报道，在剖宫产婴儿中，较低数量的脆弱拟杆菌与较高的产毒产气荚膜梭菌定植率有关。87脆弱拟杆菌还可防止副溶血弧菌的定植，副溶血性弧菌是细菌性海产性肠胃炎的主要病因。88此外，艰难梭菌相关性腹泻患者的脆弱拟杆菌计数显著减少。84 PSA是否在预防这些肠道感染中发挥直接作用需要进一步研究（图2）。

PSA在肠外疾病中的作用

肠道微生物群的有益作用远远超出胃肠道，几乎可以影响所有身体系统。在多发性硬化动物模型实验性自身免疫性脑脊髓炎（EAE）的研究中，脆弱拟杆菌和PSA的肠外免疫调节作用在肠-脑轴中最为明显。143当抗生素处理过的小鼠用WT B.fragilis重新克隆时，它们受到了EAE的保护。89然而，用PSA突变体定植未能预防疾病。重组后，PSA突变体还诱导了结肠促炎细胞因子IL-17和IL-6的产生，而PSA产生的WT菌株诱导了IL-10的产生。PSA的存在与否决定了EAE的保护性或致病性结果。此外，在用WT B.fragilis CD11c+DC处理的动物中检测到Foxp3+Treg细胞的数量增加。从PSA定殖动物的颈部淋巴结分离的CD11c+DC显示出将Foxp3–CD4+T细胞转化为Foxp3+Treg的能力显著降低。89在同一EAE模型中使用纯PSA口服治疗的研究中证明了PSA的预防和治疗作用。90 PSA诱导颈淋巴结中CD11c+CD103+DC的积累，这些DC可以将原始CD4+T细胞转化为Foxp3+Treg细胞。此外，尽管PSA治疗，IL-10缺陷小鼠仍不受EAE的保护；这一结果表明，与肠道炎症一样，PSA在脱髓鞘性自身免疫性疾病EAE中的免疫保护需要耐受性DC诱导的产生IL-10的Treg细胞。90B.fragilis还可以以PSA依赖的方式提供保护，防止亨氏巴尔通体诱导的肝脏和主动脉损伤。在一个共感染实验中，WT脆弱拟杆菌（而不是PSA突变体）阻止了内皮祖细胞对亨氏芽孢杆菌的摄取。此外，WT B.fragilis在小鼠共感染模型中防止了B.henselae诱导的组织损伤，而PSA突变体未能做到这一点。85，86

沿着肠-脑轴，PSA影响肠神经系统，即胃肠道的神经系统。144肠神经系统通常被认为是人体的“第二大脑”，它包含感觉和传递肠道内微生物和环境信号的神经元。野生脆弱拟杆菌或纯PSA增强了肠初级传入神经元（IPAN）的兴奋性，而PSA缺乏的脆性拟杆菌不能激发IPAN——结果表明PSA对于IPAN的兴奋性是必要的，也是充分的。

此外，PSA在实验性哮喘小鼠模型中具有保护作用。在诱导气道炎症之前，用PSA口服动物或过继转移PSA免疫小鼠的脾脏T细胞可防止肺中的白细胞浸润和病理（图2）。91124

PSA免疫调节的分子机制

被称为微生物或病原体相关分子模式的微生物表面分子被高度保守的模式识别受体识别，如Toll样受体（TLR）家族，其启动信号级联以激活先天和适应性免疫反应。对特定微生物产物的特异性免疫反应取决于细胞类型、刺激的时间和空间动力学以及不同激活的免疫途径之间的协作。配体-受体相互作用主要在病原微生物引起的感染的背景下进行研究。关于共生抗原以及它们如何在分子水平上教育宿主的免疫系统，人们知之甚少。PSA需要TLR2用于先天和适应性免疫应答。TLR2对于产生细胞因子和诱导APC中PSA呈递基因（例如iNOS、MHCII和CD86）、激活DC–T细胞共培养中产生IFN-的T细胞以及体内脓肿形成是必需的。145 PSA还需要pDC上的TLR2表达以诱导CD4+T细胞分泌IL-10。83此外，PSA介导的对结肠炎83140和EAE146的保护需要TLR2。已知TLR2与TLR1或TLR6异二聚。PSA是否需要TLR2与这些受体中的任一种异二聚尚不清楚。鉴于细胞骨架重排的化学抑制剂阻碍PSA的摄取，PSA的内化被认为是一个受体介导的过程。120 PSA的内化不需要TLR2145这一有趣的事实表明，其他受体也参与PSA的识别，或者PSA摄取的机制是大胞饮作用。最近的一项研究表明，DC-SIGN，一种C型凝集素受体，在PSA识别中发挥作用。147在人细胞中阻断DC-IGN抗体可防止PSA与细胞结合并抑制T细胞增殖。147 C型凝集素受体是否在PSA介导的免疫调节中起作用需要进一步研究。除了TLR2之外，对PSA应答所启动的信号通路还知之甚少。然而，已知同源相互作用对于PSA介导的免疫应答是必要的。PSA对肠道炎症的缓解需要pDC表达ICOSL、CD86和MHCII分子，这些分子指导pDC和CD4+T细胞之间的同源相互作用，以诱导IL-10的产生和对TNBS结肠炎的保护。83此外，来自WT B.fragilis而非PSA突变体的OMV诱导生长停滞和DNA损伤诱导蛋白（Gadd45）。139树突状细胞需要Gadd45来诱导产生IL-10的T细胞，并对TNBS结肠炎提供保护。139另一项研究表明，脆弱拟杆菌OMV需要IBD相关基因ATG16L1和NOD2来诱导调节性T细胞反应以抑制肠道炎症。148有趣的是，纯化的PSA不需要这些基因来诱导抗炎反应。148需要进一步研究来澄清这一差异。此外，TLR2介导CD39+CD4+T细胞响应PSA的扩增。T细胞中的CD39信号传导是PSA介导的EAE保护所必需的。146此外，PSA促进需要与树突状细胞同源相互作用的人类原始CD4+T细胞中产生IL-10的CD39+Foxp3+群体。PSA还增强了Foxp3+CD39+HLADR+人Treg细胞的频率及其在体外的抑制功能。149

研究宿主-菌群互动的研究工具箱

已经开发了几种实验方法，用于发现和研究肠道微生物群的重要成员。使用给定微生物对无菌小鼠进行定植，以研究单个微生物物种的免疫调节作用。最近，两项重要的研究将该方法应用于系统分析宿主对肠道微生物群中特定物种的免疫反应。一项研究表明，给予TNBS结肠炎保护的Ror+Helios–Treg细胞群可以通过用单个肠道共生体对小鼠进行单克隆化来激活。150另一项研究评估了小鼠的免疫细胞和转录反应，小鼠定植了来自微生物群中所有五个主要门的53种细菌。151研究宿主-微生物群相互作用的另一种方法是使用肠道类器官系统，该系统可以使用隐窝内的Lgr5+细胞从胚胎或成年干细胞中获得。152153该方法已被多个小组用于研究微生物对肠道完整性、结构、功能、转录反应和肠上皮细胞产生细胞因子的影响。154–156一种更先进的技术，“芯片上的肠道”，涉及一种分区的微流体装置，当与共生微生物或病原微生物共培养时，该装置可以研究不同肠道细胞类型的相互作用。157–159一种保存正常分化肠道细胞类型的肠道器官培养系统用于研究对共生微生物定植的早期反应。160这项研究发现，肠道器官系统中的共生微生物诱导了富含神经相关基因的快速转录反应。神经系统、微生物群和免疫系统之间的这种意想不到的相互作用可能在宿主与微生物之间的交流中起着重要作用。160尽管这些技术对于鉴定特定的免疫调节微生物和破译它们与宿主的相互作用是非常宝贵的，但我们对这些微生物的特定共生分子及其免疫调节的分子机制的理解仍然落后。研究共生微生物特定产物的一个主要限制是难以追踪微生物大分子。跟踪厌氧细菌尤其具有挑战性，因为遗传操作困难，并且无法在肠道的厌氧环境中使用荧光蛋白（例如绿色荧光蛋白），而荧光蛋白需要氧气来照亮。在最近两项旨在可视化小鼠微生物群落动态的研究中，脆弱拟杆菌表面结构的标记方式可以应用于肠道微生物群的其他成员。161162在第一项研究中，通过代谢寡糖工程和生物正交点击化学标记脆弱拟杆菌和PSA。161个细菌在含有非天然糖N-叠氮乙酰半乳糖胺（GalNAz）的培养基中生长，然后通过生物正交点击化学结合环辛炔荧光团。该方法允许体外和体内追踪，并显示适用于其他共生细菌，这些细菌可以用单独的荧光团标记并同时追踪。161在一项后续研究中，除了荚膜多糖外，该技术还扩展到其他细菌分子的标记，如脂多糖和肽聚糖。162因为细菌肽聚糖不能结合GalNAz，所以在培养物和肠道中都用荧光d-氨基酸羟基香豆素氨基-d-丙氨酸标记它们。这种方法是可能的，因为肽聚糖只需要氨基酸进行合成。葡聚糖硫酸钠诱导的结肠炎期间，细菌的标记允许在体外和体内跟踪健康和肠道炎症。162

未来方向

近年来，大量文献确定了肠道中微生物群落的重要成员及其在宿主健康和疾病中的作用。在这些研究中发现的一些有益微生物正被用作人类的预防或治疗干预措施。163然而，这些临床干预的分子机制尚未确定。为了促进我们对宿主-微生物相互作用（从关联到因果）的理解，并开发新的、安全的和有效的治疗干预措施，我们必须描述共生抗原并定义其与身体系统沟通的分子机制。