科研Nature子刊：短链脂肪酸促进IL-22产生从而维持肠道免疫稳态 编译：北越城主，编辑：Tracy、江舜尧。
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导读
先天性淋巴样细胞（ILC电脑台灯）和CD4+T细胞产生键盘防尘罩IL-22对于肠道免疫至关重要。之前有研究表明肠道菌是肠道中IL-22产生的关键因素，但调节机制尚不清楚。在本研究中，我们发现来源于微生物的短链脂肪酸（SCFA）促进CD4+T细胞和ILC通过G蛋白受体41（GPR41）产生IL-22，并抑制组蛋白脱乙酰基酶（HDAC）活性。SCFA通过促进芳烃受体（AhR）和缺氧诱导因子1α（HIF1α）的表达来上调IL-22的产生，而HIF1α受mTOR和Stat3的差异调节。其中，HIF1α直接与IL22启动子结合，而SCFA通过组蛋白修饰增加HIF1α与IL22启动子的结合，补充SCFA还可以增强IL-22的产生，从而保护肠道免受炎症，SCFA也能促进人CD4+T细胞IL-22的产生。我们的这些发现确定了SCFA在诱导CD4+T细胞和ILC中IL-22产生以维持肠道稳态。
论文ID
原名：Intestinal microbiota-derived short-chain fatty acids regulation of immune cell IL-22 production and gut immunity译名：短链脂肪酸促进IL-22产生以维持肠道免疫稳态
期刊：Nature Communications
IF：12.12发表时间：2020.09通讯作者：Yingzi Cong
通讯作者单位：德克萨斯大学医学部
实验设计
先天性淋巴样细胞（ILC）和CD4+T细胞产生IL-22对于肠道免疫至关重要。研究认为肠道菌是肠道中IL-22产生的关键因素，但调节机制尚不清楚。(1)从野生型（WT）C57BL/6J（B6）小鼠中分离CD4+T细胞和ILC细胞与短链脂肪酸（SCFAs）进行体外共培养，乙酸盐、丙酸盐和丁酸盐均可增加IL-22的mRNA和蛋白表达或其水平，表明SCFA促进ILC和CD4+T细胞中IL-22的表达；(2)体内研究发现丁酸盐可以促进ILC和CD4+T细胞中IL-22的 表达，丁酸盐可抑制组蛋白脱乙酰化酶(HDAC)活性，并与G蛋白受体41(GPR41)结合促进芳烃受体（AhR）和缺氧诱导因子1α（HIF1α）表达，从而上调IL-22；也可以通过激活mTOR和Stat3调节HIF1α和AhR的表达；(3)机制上，丁酸盐可促进HIF1α与IL-22启动子的HRE区域结合，从而诱导IL-22启动子HRE区域组蛋白乙酰化，从而增强IL-22表达；(4)在柠檬酸杆菌感染诱导的小鼠结肠炎模型中，补充丁酸盐可促进IL-22的产生，从而保护肠道免受炎症的侵袭，缓解小鼠结肠炎。
实验结果
1.SCFA在体外促进CD4+T细胞和ILC中的IL-22
已有研究表明SCFA可促进调节性T细胞（Treg）的发育以及CD4+T细胞IL-10的产生。为了探索SCFA如何更全面地调节CD4+T细胞，我们从野生型（WT）C57BL / 6J（B6）小鼠中分离出脾脏CD4+T细胞，并在存在或不存在丁酸盐的情况下用抗CD3 mAb和抗CD28 mAb激活持续2天。接着我们通过RNA测序（RNA-seq）分析了RNA转录组，主成分分析（PCA）和火山图分析表明丁酸处理导致了不同的转录谱。与先前的研究一致，丁酸盐可促进CD4+T细胞表达Il10和Ifng（图1a），而IL22在丁酸处理的CD4+T细胞中显着增加（
图1a）。为了探究SCFA在肠道菌抗原特异性T细胞中诱导IL-22的作用，我们培养了CBir1 TCR转基因（CBir1 Tg）小鼠的脾CD4+T细胞，这种细胞对具有免疫原性的微生物菌抗原CBir1鞭毛蛋白具有抗原呈递作用。在存在或不存在三种主要SCFA的乙酸盐、丙酸盐或丁酸盐的情况下，我们将APC和CBir1肽放置2天，发现乙酸盐、丙酸盐和丁酸盐均会增加mRNA和蛋白质上IL-22的产生（图1b，c），我们还发现，乙酸盐、丙酸盐和丁酸盐会增加被抗CD3 mAb和抗CD28 mAb激活的WT B6 CD4+T细胞中的Il22表达。
IL-22最初被表征为Th1细胞因子，后来被表征为Th17和Th22细胞因子。为了确定SCFA是否能促进不同T细胞亚型中IL-22的产生，我们将CBir1 CD4+T细胞在丁酸存在或不存在的中性、Th1、Th17和Treg极化条件下培养2天，发现在所有条件下，丁酸都能诱导CD4+T细胞中的Il22表达（图1d），尽管在所有被测试的CD4+T细胞亚型中，Treg细胞表达的最低Il22水平没有丁酸刺激。有趣的是，Th1细胞中IL-22的表达甚至高于太阳能小屋Th17的表达(图1d)，这可能是由于TGFβ抑制Th17细胞IL-22的表达，以及Th1细胞中Tbx21的表达升高所致，这对于在CD4+T细胞中诱导IL-22产生非常重要。然后，我们进行了RNA测序，以确定在有或没有丁酸酯处理的Th1条件下CD4+T细胞中的转录谱。丁酸处理改变了Th1条件下CD4+ T细胞的转录状态，除Il10和Ifng外，Il22在丁酸盐处理后也有所增加（图1e）。然后，
我们在Th1条件下，在添加或不添加丁酸盐的CD4+ T细胞培养中，在不同时间点检测Il22的表达。丁酸盐最早在24 h诱导Il22表达，并在60 h达到峰值mRNA水平（图1f），表明丁酸盐以时间依赖性方式促进Il22表达，丁酸在tap 完全饲养Th1条件下同样会增加CD4 + T细胞中的IL-22蛋白（图1g，h），但是，丁酸盐不会影响CD4+T细胞中的IFN-γ产生（图1h）。我们在Th17条件下培养的CD4+T细胞中获得了相似的结果，因为丁酸盐可促进IL-22的CD4+T细胞生成，丁酸盐还促进Treg，但抑制Th17细胞分化。然后，我们调查了SCFAs是否能通过不同方式调节脾脏和MLN的CD4+ T细胞中IL-22的产生。与脾脏CD4 + T细胞相似，丁酸对MLN CD4 + T细胞的处理可增强IL-22的产生，此外，脾细胞和MLN CD4 + T细胞在Th1、Th17和Treg条件下增殖并以相似的水平极化。
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