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点击查看大图   摘 要 哺乳动物肠道内寄生着由细菌、病毒、原虫、真菌等组成的多样性微生物群落。真菌群落是肠道微生物不可或缺的部分，其完整性的破坏可导致局部和胃肠远距离的病理性改变，因此肠道真菌群落对于维持宿主免疫稳态和人类健康具有重要作用。美国康奈尔大学Iliyan D. Iliev的团队研究发现，肠道黏膜相关真菌（Mucosa-associated fungi，MAF，下文简称黏膜真菌）可通过Th17型免疫反应增强肠道屏障功能并促进宿主的社交行为。该研究揭示了真菌在胃肠道中的分布特征，并在小鼠和人类肠黏膜鉴定出了一类特殊的免疫反应性真菌群落。同时，作者发现黏膜真菌能够加强肠道上皮的功能，保护小鼠免于化学诱导的结肠炎性损伤和细菌性感染损伤，这一过程由 Th17细胞产生的IL-22介导。值得注意的是，黏膜真菌还可促进小鼠的社交行为，这一作用依赖于神经元上IL-17R介导的信号转导。综上，该研究开启了肠道真菌群落参与调控“肠道-免疫-脑” 轴的全新领域，为未来探索肠道真菌群落调控宿主免疫系统和神经生物学功能奠定了基础。
图1.肠黏膜真菌通过17型免疫信号保护肠屏障和促进社会行为 点击查看大图 研究背景 科学问题：肠道真菌通过何种机制维持宿主免疫稳态与机体健康？ 逻辑基础：（1）哺乳动物肠道内存在着由细菌、病毒、原虫和、真菌等微生物组成的多样性群落，并且肠道菌群组成不仅沿着胃肠道纵向变化，在胃肠壁深度维度上也存在差异。（2）已知肠道细菌菌群空间组成变化是导致严重炎性疾病、代谢类疾病、神经认知类疾病的重要因素。（3）肠黏膜相关细菌可通过邻近肠上皮细胞黏膜免疫细胞作用，诱导宿主保护性免疫。（4）最新发现肠道真菌也可参与免疫稳态调节，真菌群失调能够导致肠局部病变（结肠炎等）及远端病变（病变酒精肝病、过敏性呼吸疾病等）；具有行为改变的人类神经精神疾病也往往伴随着肠道菌群组成的变化。 科学假设：肠黏膜可能存在着一类特殊的真菌群，其可通过与邻近肠上皮细胞及黏膜免疫细胞作用，诱导宿主保护性免疫，从而产生对机体有益的作用。
图2. 背景知识小课堂 点击查看大图 研究思路
点击查看大图  结果解读 本研究的首要问题是弄清楚胃肠道中真菌的生物地理分布特征。为此，作者采用间隔转录DNA测序技术，对胃、空肠、回肠、盲肠和结肠的肠腔和黏膜中真菌进行测序，发现不同肠段黏膜真菌群组成相似性较高，而与肠腔真菌群组成差异较大。同时发现，黏膜内的真菌生物多样性比较低。通过丰度差异分析发现，肠黏膜中真菌多属于免疫反应性真菌（如念珠菌属、黏膜菌属和覆膜孢酵母菌属），而肠腔内优势真菌属于短暂性环境生物（如枝孢霉属和曲霉属）。另外，通过对人肠黏膜样本测序发现，人肠黏膜中真菌主要包括念珠菌属和酵母菌属，这与小鼠肠黏膜真菌种类类似。肠黏膜真菌群落丰度的降低与特定种群的存在，提示只有一些特化真菌才能够在肠黏膜独特环境中生存。上述结果表明，在小鼠和人类肠黏膜中存在一类特殊免疫反应性真菌群落。
2. 肠黏膜真菌保护肠道屏障，抵御肠道损伤 黏膜真菌是否对肠道屏障和感染具有保护作用呢？首先，研究者分别构建了肠黏膜真菌群（mucosal fungi consortia, MUC）模型和肠腔真菌群（lumal fungi consortia，LUM）模型，接着利用抗生素（ABX）和葡聚糖硫酸钠（DSS）诱导的结肠炎小鼠模型评价这两个类真菌群的保护作用，发现黏膜真菌群（MUC）模型可显著降低小鼠肠损伤和死亡率，而肠腔真菌群（LUM）模型不具有这种保护作用。另外，利用FITC-dextran评价了小鼠肠道通透性，发现黏膜相关真菌能够降低肠道通透性。 接下来，作者探索了肠黏膜真菌群（Mucosal fungi consortia，MUC）模型是否对感染性肠道损伤有保护作用。为此，利用肠道接触性/消除性（attaching and effacing (A/E) pathogens）病原体——鼠柠檬酸杆菌（可吸附在结肠内皮细胞上引起黏膜增生和消耗性疾病）诱导肠道感染性损伤小鼠模型，然后通过口服定植肠黏膜真菌群（MUC）。结果显示，肠黏膜真菌群可降低小鼠肠道鼠柠檬酸感染的严重程度与病原体载量），这与对肠上皮细胞保护作用相一致。上述结果表明肠黏膜真菌可保护肠道的屏障功能，并抵抗炎性和感染性肠道损伤。
4. 肠黏膜真菌促进小鼠社交行为 最近研究发现，神经精神疾病患者肠道真菌群落发生改变，同时伴随着行为学的改变[2-3]。细菌对行为学的调控作用在小鼠中也得到了证实，特别是发现抗生素所致肠道细菌群落的破坏，会引起啮齿动物行为的改变[4]。那么定植肠黏膜真菌是否可以影响宿主的神经行为学呢？为此，作者首先采用抗生素诱导细菌紊乱小鼠模型，接着定植肠粘膜真菌（MUC）。通过埋珠实验、高架十字迷宫测试发现 MUC的定植不能够影响小鼠的重复性行为、焦虑行为或强迫相关行为，但作者通过三箱交互实验很惊奇地发现黏膜真菌群能够促进小鼠的社交行为。
肠黏膜真菌促进小鼠社交行为的机制是什么？已知多种细胞因子在神经系统具有直接神经调控作用[5]，并且本文研究已经发现黏膜真菌可诱导IL-22和IL-17的生成，因此作者推测它们可能是行为改变的重要驱动因子。 首先，作者通过重新分析已有的单细胞测序数据，发现肠道神经元和中枢神经元均可表达IL-17受体基因，但不表达IL-22受体基因。接着，作者利用IL-22缺陷小鼠研究发现，IL-22敲除不影响MUC对社交行为增加的能力，表明IL-22不参与小鼠社交行为的调节。 那么，IL-17是否参与肠黏膜真菌对小鼠社交行为的调节？为此，作者进一步开展小鼠神经元的IL-17R特异性敲除实验，发现MUC可促进神经元未敲除IL-17R小鼠的社交行为，但对神经元特异敲除IL-17R小鼠的社交行为则没有影响，这说明IL-17R介导了这个过程。同时，流式分析发现，尽管肠黏膜真菌群可诱导肠中17型细胞因子（IL-17A和IL-17F）的增加，但仅有IL-17A在肠黏膜真菌群定植小鼠的血清和脾脏中增加，这说明肠黏膜真菌是通过诱导IL-17A直接作用于神经元上IL-17R，进而促进了小鼠的社交行为。
结 论 该研究在小鼠和人的肠黏膜上发现了一类独特免疫反应性真菌群落，称之为黏膜相关真菌（Mucosa-associated fungi, MAF）。MAF可以通过Th17细胞介导的免疫反应而发挥肠道屏障保护和社交促进的作用。 点 评 尽管已有研究发现肠道细菌与神经紊乱相关，且能够对宿主的行为学产生影响，但是关于真菌在神经生物学调控领域的研究尚处于起步阶段。美国康奈尔大学Iliyan D. Iliev团队这项开创性的研究发现了肠黏膜真菌具有肠道屏障保护和社交行为促进作用，并揭示了Th17型免疫反应在该过程中的作用，开启了肠道真菌群落参与调控“肠道-免疫-脑”轴的全新领域，为未来探索肠道真菌群落调控宿主免疫系统和神经生物学功能奠定了基础。 思维发散 1.本研究仅使用种类有限的优势肠黏膜真菌菌株进行实验，因此不能推广到其他肠黏膜真菌，这需要进一步的研究来阐明其他真菌株的效应。 2. 神经环路重塑的敏感性与年龄有关，该研究没有确定真菌对小鼠行为影响的关键时间窗口。 3. 虽然本研究发现神经元上IL-17RA对介导真菌-肠-免疫-脑轴的作用至关重要，但是没有具体地描述哪些种类神经元参与。 4. 该研究仅证明肠黏膜真菌可以促进小鼠的社交行为，但能否在复杂共生微生物群落存在的情况下应用于人类神经精神疾病的治疗则仍有待确定。 参考文献 1. Fung TC, Artis D, Sonnenberg GF. Anatomical localization of commensal bacteria in immune cell homeostasis and disease. Immunol Rev. 2014. PMID: 24942680. 2.Strati, F., Cavalieri, D., Albanese, D., De Felice, C., Donati, C., Hayek, J., Jousson, O., Leoncini, S., Renzi, D., Calabro` , A., et al. New evidences on the altered gut microbiota in autism spectrum disorders. Microbiom. 2017, PMID: 28222761. 3. Zou R, Wang Y, Duan M, Guo M, Zhang Q, Zheng H. Dysbiosis of Gut Fungal Microbiota in Children with Autism Spectrum Disorders. J Autism Dev Disord. 2021. PMID: 32447559. 4. Buffington SA, Di Prisco GV, Auchtung TA, Ajami NJ, Petrosino JF, Costa-Mattioli M. Microbial Reconstitution Reverses Maternal Diet-Induced Social and Synaptic Deficits in Offspring. Cell. 2016, PMID: 27315483. 5. Salvador AF, de Lima KA, Kipnis J. Neuromodulation by the immune system: a focus on cytokines. Nat Rev Immunol. 2021, PMID: 33649606. 6.Irina Leonardi, et al. Mucosal fungi promote gut barrier function and social behavior via Type 17 immunity. Cell, 2022. PMID: 35176228. 上下滑动查看更多 https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0092867422000757?via%3Dihub 特别鸣谢 感谢科研者之家（Home for Researchers）对“大师兄的文献笔记”公众号的支持！！！也期待与更多生物、医学相关的企业进行合作，一起为推动中国生物、医学领域的发展做出贡献！！！（文章顶部有小助手的微信二维码，快扫描加我吧）
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