【原】Cell：脑-肠轴研究新领域——黏膜真菌保护肠道屏障，促进社交行为

哺乳动物的胃肠道内存在着细菌、病毒、原虫和真菌等多种微生物群，目前关于脑-肠轴的研究证实了调节肠道微生物群对宿主行为和神经系统疾病的影响。近年来，越来越多的研究表明肠道真菌参与免疫稳态的调节，平衡的肠道真菌群落在维持宿主免疫稳态和人类健康方面可能发挥重要作用，然而真菌维持肠道稳态的机制仍有待确定。

2022年2月16日，来自美国康奈尔大学的Iliyan Iliev教授团队在Cell杂志发表了题为“Mucosal fungi promote gut barrier function and social behavior via Type 17 immunity”的文章。

该团队率先在小鼠模型和人群样本中鉴定了肠粘膜相关的真菌群落（MAF），发现其具有驱动保护性粘膜免疫的独特能力，可增强肠上皮功能并保护小鼠免受肠道损伤和细菌感染。值得注意的是，MAF肠道定植还促进了小鼠的社交行为，揭秘了脑-肠轴研究新领域。

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1.MAF增强肠道屏障功能

加强肠道保护

在C57BL/6小鼠和人类受试者的样本中，该团队发现MAF群落与管腔（LUM）真菌组成存在较大差异，且MAF群落多样性较低。值得注意的是，该团队还发现一部分特定的真菌可以在肠黏膜特定部位定植。

进一步比较LUM真菌和MAF的生物学作用发现，相较于LUM，MAF显著加强了对肠道损伤的保护并降低了小鼠的死亡率。此外，MAF还降低了肠道通透性，因此MAF可能与周边的上皮细胞有着密切的接触（图1）。

 图1：小鼠肠黏膜特定的真菌群落

2.MAF诱导IEC转录并激活CD4+T细胞产生IL-22

从而促进黏膜屏障完整性

该团队对MAF定植的无真菌ASF小鼠的肠上皮细胞（IEC）进行RNA- seq，发现MAF在IEC中诱导了独特的转录谱，即参与氧化磷酸化、IFN、JAK/STAT通路和DNA修复的因子被上调，而参与TGF-β通路、蛋白质分泌和G2/M细胞周期检查点的基因被下调。进一步的免疫表型分析显示，MAF定植小鼠中的CD4+T细胞被激活，产生了效应细胞因子IL-22、IL-17A和IL-17F（图2）。

 图2：MAF促进屏障完整性并诱导CD4+T细胞产生IL-22

随后通过评估MAF定植对IL-17A(Il17a^-/-)和IL-22(Il22^-/-)缺陷小鼠的肠损伤的影响，发现Il17a^-/-小鼠更易受到肠道损伤，而IL-22的敲低却消除了MAF定植对生存和屏障功能的保护作用（图3）。

 图3：MAF的保护作用由产生IL-22的CD4+T细胞介导

Il22^-/-小鼠感染性结肠炎模型进一步验证了MAF的屏障保护作用主要与IL-22相关（图4）。因此，MAF诱导IEC转录并激活CD4+T细胞产生IL-22，从而促进黏膜屏障完整性，而在抗生素治疗和细菌感染期间，肠道局部产生的IL-22依然能够促进屏障功能并保护小鼠免受肠道损伤。

 图4：MAF对C. rodentium诱导的结肠炎具有保护作用

3.MAF诱导IL-17A产生

进而介导IL-17R通路促进社交行为

该团队在抗生素诱导的细菌生态失调模型中观察了MAF定植对小鼠的社交行为中的作用。在三室社交性测试中，MAF定植的小鼠表现出更高的社交偏好，并且在社交刺激的室中花费的时间相较于空室明显更多。此外，直接交互指数也显示，MAF定植的小鼠花费更多时间与社交刺激进行交互（图5）。

图5：MAF在三室社交测试中促进小鼠社交行为

进一步的机制研究发现，尽管MAF在肠道中诱导了IL-17的增加，但只有IL-17A在MAF定植小鼠的血清和脾脏中增加。结合先前的单细胞RNA-seq数据和Il22敲除小鼠模型，该团队证实肠道和中枢神经系统神经元都表达高水平的IL-17受体基因 Il17ra而不是IL-22受体基因Il22ra1和Il22ra2。

随后，该团队将泛神经元BAF53b-Cre小鼠与Il17ra fl/fl小鼠杂交，得到特异性消除神经元中的IL-17通路的小鼠（Baf53b ΔIl17ra）。MAF促进了IL-17R通路完好的cre^-/-同窝仔的社交行为，而Baf53b ΔIl17ra的社交行为在MAF定植后没有改善（图6）。因此，肠道粘膜的真菌定植通过诱导IL-17A产生，进而介导神经元IL-17R通路，促进了小鼠的社交行为。

图6：神经元上的IL-17Ra通路介导 MUC 诱导的社交行为增加

总 结

综上所述，肠道MAF通过影响IEC转录、诱导CD4+T细胞产生IL-22，从而促进黏膜屏障完整性。更关键的是，MAF的肠道定植诱导IL-17A的全身释放，通过介导神经元中的IL-17R通路增加了小鼠对社交刺激的反应，突出了肠道真菌调节宿主行为的能力。因此，MAF具有驱动保护性粘膜免疫的独特能力，对肠上皮细胞、肠道屏障功能、肠道疾病和神经免疫介导的宿主行为有重要作用。

参考文献

Leonardi, I., Gao, I. H., Lin, W. Y., Allen, M., Li, X. V., Fiers, W. D., ... & Iliev, I. D. (2022). Mucosal fungi promote gut barrier function and social behavior via Type 17 immunity. Cell.

编译作者：韩烨（brainnews创作团队）