腸道是最大的免疫器官
近年來，針對腸道微生物影響宿主免疫的報導愈來愈多。然而，腸道微生物的影響機制，尤其是針對病毒感染的免疫機制至今仍知之甚少。近期，來自美國華盛頓大學的研究人員在Cell上發(fā)表題為The Intestinal Microbiome Restricts Alphavirus Infection and Dissemination through a Bile Acid-Type I IFN Signaling Axis 的文章，該研究利用微生物組、代謝組、單細胞轉(zhuǎn)錄組等技術(shù)揭示了腸道菌群如何通過I型干擾素途徑抑制甲病毒感染。
主要研究結(jié)果
1. 腸道菌群能夠抑制病毒感染
基孔肯雅病毒（Chikungunya virus,簡稱CHIKA）是一類蚊蟲傳播的甲病毒，作者通過給小鼠口服抗生素清除小鼠腸道菌群后，再皮下注射CHIKV后發(fā)現(xiàn)：清除菌群的小鼠的CHIKV荷載量遠遠高于對照小鼠。作為對照，作者將對照小鼠的糞便通過糞菌移植轉(zhuǎn)移到清除菌群小鼠后，CHIKA感染水平又回到了正常水平。這些結(jié)果說明腸道菌群的存在有助于抑制CHIKA感染。
2. 利用單細胞轉(zhuǎn)錄組測序揭示關鍵分子機制
研究發(fā)現(xiàn)，在清除腸道菌群的小鼠中，病毒主要富集在外周血液白細胞中。通過流式細胞分選，發(fā)現(xiàn)CD11b+CD115+Ly6G– 單核細胞的病毒荷載量最高。接下來，作者在清除小鼠菌群的同時清除Ly6Chi 單核細胞，發(fā)現(xiàn)其病毒血癥程度與對照小鼠類似，遠低于單單清除菌群的小鼠。這些結(jié)果說明，單核細胞在腸道菌群抗病毒的過程中起到重要作用。因此，作者通過單細胞測序技術(shù)，重點關注單核細胞的細胞亞群后，發(fā)現(xiàn)清除腸道菌群可以有效降低外周血液單核細胞I型干擾素刺激基因（ISG）的誘導水平，從而增加CHIKA的感染效率。
此外，有報導稱ISG的表達受到來自pDCs的I型干擾素信號調(diào)控。為了證實這一假說，作者通過anti-PDCA-1 中和抗體清除小鼠體內(nèi)的pDCs后發(fā)現(xiàn)CHIKV荷載量和病毒血癥嚴重程度都顯著提高，而I型干擾素水平卻明顯降低；而在清除腸道菌群的小鼠中同時清除pDCs時，它們的病毒荷載量沒有明顯的差異。該結(jié)果證實了單核細胞受到腸道菌群的調(diào)控是通過pDCs介導的。
3. 腸道微生物中的Clostridial Bacterium通過次級膽汁酸介導調(diào)控干擾素信號通路
作者在研究干預腸道菌群是否可以改善CHIKV的感染的過程中發(fā)現(xiàn)，給菌群清除小鼠提供正常糞便，可以有效降低CHIKV的感染，而提供無氧菌群，則無法產(chǎn)生此保護功能。在比較了這兩種糞菌移植后的菌群組成差異后，移植正常糞便后的小鼠中含有大量的C. bacterium。當直接在菌群清除小鼠中移植這種菌后，小鼠抗病毒能力顯著上升。在菌群代謝物層面，次級膽汁酸是C. bacterium產(chǎn)生的主要代謝物。給菌群清除小鼠口服次級膽汁酸，同樣也可以達到降低CHIKV感染的效果。
以上研究結(jié)果系統(tǒng)闡明了基于“次級膽汁酸-pDCs-I型干擾素-Ly6C單核細胞”的腸-免疫軸調(diào)控途徑，為揭開腸道微生物免疫機制的神秘面紗提供了關鍵信息。
基于腸-靶軸的多組學系統(tǒng)生物學研究是深入揭示腸道微生物功能的重要研究手段。其中，免疫系統(tǒng)作為一個全局性的系統(tǒng)，它與各種疾病與健康水平都息息相關。因此，腸-免疫軸的研究正如火如荼地展開。
然而，由于免疫細胞的種類非常復雜，傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)錄組、蛋白質(zhì)組等技術(shù)手段很難精確表征免疫系統(tǒng)的響應機制。而單細胞轉(zhuǎn)錄組測序不僅可以區(qū)分不同樣本的免疫細胞亞型比例差異，也可以檢測特定細胞亞型中的差異表達基因。當結(jié)合其它腸道微生物研究常用的組學手段，如擴增子測序，宏基因組，代謝組等，單細胞多組學可以幫助研究者們更好地描繪腸道微生物介導的免疫調(diào)控機制。
