腸道菌群也能限制病毒感染和傳播？
基孔肯雅熱病毒（CHIKV）是一種可以通過蚊子傳播的新興的alpha病毒。盡管大多數(shù)CHIKV感染會(huì)導(dǎo)致持續(xù)數(shù)周的急性發(fā)熱性疾病，但其中一部分會(huì)持續(xù)數(shù)月至數(shù)年，持續(xù)發(fā)展為肌肉骨骼疼痛和炎癥。在感染的早期階段，先天免疫反應(yīng)控制著CHIKV的傳播。CHIKV復(fù)制在人類患者和實(shí)驗(yàn)感染的小鼠的血清中誘導(dǎo)I型干擾素（IFN）。盡管甲型病毒血癥是決定疾病嚴(yán)重程度和載體傳播的關(guān)鍵因素，但對(duì)影響人類宿主循環(huán)中病毒水平的獲得性和遺傳因素知之甚少。2020年6月29號(hào)，華盛頓大學(xué)醫(yī)學(xué)院的Winkler等人聯(lián)合發(fā)表于Cell的一篇文章。該文證明腸道微生物組調(diào)節(jié)先天免疫以控制循環(huán)單核細(xì)胞的α病毒感染。微生物組擾動(dòng)會(huì)抑制pDC中的TLR7-MyD88反應(yīng)，使I型干擾素產(chǎn)生減弱和單核細(xì)胞ISG表達(dá)。單個(gè)梭菌屬物種或其相關(guān)的次級(jí)膽汁酸可恢復(fù)抗病毒反應(yīng)，從而抑制CHIKV感染。
文章亮點(diǎn):
A 腸道微生物組的擾動(dòng)導(dǎo)致甲型病毒感染增強(qiáng)
B 微生物組的改變減弱了單核細(xì)胞和pDC中的I型IFN反應(yīng)
C 用單個(gè)梭狀芽胞桿菌共生可恢復(fù)抗病毒免疫力
D 次級(jí)膽汁酸可恢復(fù)pDC和IFN反應(yīng)，從而限制CHIKV的傳播
技術(shù)路線:
結(jié) 果:
1.腸道微生物組的耗竭增加全身性CHIKV負(fù)擔(dān)
為了改變常規(guī)飼養(yǎng)的小鼠中腸道細(xì)菌微生物組的組成，動(dòng)物接受了兩次口服Abx，氨芐青霉素和萬古霉素（AV）或媒介物治療3天。為了測(cè)試這些病毒學(xué)表型是否是由于腸道微生物組的改變而引起的，作者進(jìn)行了微生物重建研究。為了確認(rèn)腸道微生物在調(diào)節(jié)CHIKV感染中的作用，作者使用了一種生生物小鼠模型。結(jié)果在GF和Abx處理的小鼠中，發(fā)現(xiàn)腸道微生物組在調(diào)節(jié)全身部位CHIKV感染而不是在接種部位局部調(diào)節(jié)CHIKV感染中的作用。這些結(jié)果說明了，在無菌細(xì)菌小鼠或口服抗生素治療的常規(guī)飼養(yǎng)的小鼠腸道菌群耗盡的小鼠中，病毒接種后1天之內(nèi)會(huì)出現(xiàn)更大的CHIKV感染和傳播。
2.Abx處理或GF小鼠的循環(huán)單核細(xì)胞更適合CHIKV
鑒于經(jīng)AV治療的小鼠脾臟紅髓中的病毒RNA含量增加，作者假設(shè)增強(qiáng)的傳播表型可能是由于循環(huán)髓樣細(xì)胞的感染所致。該實(shí)驗(yàn)證實(shí)了腸道微生物組改變后生產(chǎn)性單核細(xì)胞感染。因此，微生物組調(diào)節(jié)Ly6Chi單核細(xì)胞對(duì)血液中CHIKV的允許性，從而影響感染早期的病毒血癥，即循環(huán)中的單核細(xì)胞表達(dá)較少的IFN刺激基因，并允許其感染CHIKV。
3.腸道微生物組的變化改變Ly6Chi單核細(xì)胞的抗病毒ISG反應(yīng)
為了確定微生物組如何改變單核細(xì)胞對(duì)感染的敏感性，作者在未經(jīng)媒介和經(jīng)AV處理的未感染和CHIKV感染（1 dpi）小鼠中進(jìn)行了外周血白細(xì)胞的單細(xì)胞RNA測(cè)序。通過使用抗體包被的磁珠進(jìn)行陰性選擇，作者豐富了骨髓細(xì)胞。結(jié)果顯示，腸道微生物組的耗竭導(dǎo)致外周血單核細(xì)胞中ISG誘導(dǎo)的減少，這很可能使這些細(xì)胞被α病毒感染所允許。為了確定抗病毒應(yīng)答中的微生物組依賴性差異是否是由于細(xì)胞內(nèi)在變化或環(huán)境提示的改變所致，作者使用從AV或媒介物處理的CCR2 + GFP +轉(zhuǎn)基因小鼠中收獲的供體單核細(xì)胞進(jìn)行了過繼轉(zhuǎn)移實(shí)驗(yàn)。 結(jié)果表明，微生物組依賴性免疫提示可促進(jìn)Ly6Chi單核細(xì)胞中的最佳抗病毒反應(yīng)，從而限制α病毒感染。作者假設(shè)其他細(xì)胞類型可能無法產(chǎn)生I型干擾素，從而導(dǎo)致Ly6Chi血單核細(xì)胞中ISG應(yīng)答減弱。結(jié)果表明，除I型干擾素外，其他抗病毒途徑也可能受到AV治療的影響。因此，在微生物組消耗后觀察到的病毒血癥差異取決于LysM +髓樣細(xì)胞（包括單核細(xì)胞）中的IFN和Stat1信號(hào)傳導(dǎo)。
4.微生物組消耗后，細(xì)胞固有的方式會(huì)削弱pDC中的I型IFN誘導(dǎo)
生產(chǎn)I型IFN的介導(dǎo)和全身性CHIKV感染的抑制至少部分地由pDC介導(dǎo)，這是由腸道微生物組調(diào)節(jié)的。為了剖析腸道微生物組如何改變pDC的抗病毒功能，作者使用NanoString平臺(tái)在MAYV感染之前（第0天）或感染后1天使用分類的脾臟pDC詢問了547個(gè)免疫基因的表達(dá)水平。盡管ISG表達(dá)轉(zhuǎn)錄下降較大，但兩組的Ifna1和Ifna2水平相似。因?yàn)镹anoString平臺(tái)中僅包含Ifna和Ifna2，所以作者使用qRT-PCR評(píng)估了Ifna4，Ifna5和Ifna6的表達(dá)。結(jié)果表明，腸道微生物組改變了pDC的抗病毒而非基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄免疫應(yīng)答程序。鑒于AV治療小鼠的pDC中Irf7，Ifna5和Ifna6的表達(dá)水平降低，作者用CHIKV接種了AV或媒介物治療的Irf7 /小鼠，并測(cè)量了血清中的病毒載量。結(jié)果表明pDCs中I型IFN的產(chǎn)生受到腸道微生物組的調(diào)節(jié)，但僅在對(duì)特定的炎癥刺激作出反應(yīng)時(shí)才觀察到差異。
5.CHIKV傳播的微生物組依賴性限制取決于pDC中的MyD88信號(hào)傳導(dǎo)
作者評(píng)估了特定的模式識(shí)別受體信號(hào)通路是否介導(dǎo)了CHIKV感染的微生物組依賴性限制。為了確定pDC中是否需要MyD88信號(hào)傳導(dǎo)來產(chǎn)生I型IFN和控制CHIKV感染，作者使用了混合骨髓（BM）嵌合體來消除MyD88在pDCs中的表達(dá)。結(jié)果表明，pDC中依賴MyD88的信號(hào)傳導(dǎo)途徑整合了CHIKV感染后的微生物組信號(hào)和抗病毒反應(yīng)。作者假設(shè)參與特定的MyD88依賴的TLR可能會(huì)觸發(fā)全身性IFN反應(yīng)，從而限制血液中的CHIKV感染并阻止傳播。研究數(shù)據(jù)表明微生物組會(huì)影響pDC，因此它們可以通過TLR7和MyD88依賴性信號(hào)傳導(dǎo)軸快速響應(yīng)循環(huán)中的CHIKV，從而產(chǎn)生限制單核細(xì)胞感染和病毒傳播的I型IFN反應(yīng)。
6.梭菌細(xì)菌定植限制了CHIKV感染
作者調(diào)查了特定的細(xì)菌類群或群落是否介導(dǎo)了微生物群的保護(hù)作用。因?yàn)镃HIKV維持在傳播周期中，其中病毒血癥是媒介物感染的決定因素，所以作者評(píng)估了微生物組的操作是否會(huì)影響向蚊子媒介物的傳播。從接受媒介物或AV或AV處理的小鼠中以1 dpi采集血液，并定殖于梭狀芽胞桿菌，然后喂食白紋伊蚊。蚊子口服充血后，在7天后，通過實(shí)時(shí)定量PCR對(duì)包含唾液腺的頭部中的CHIKV滴度進(jìn)行定量。因此，在改變微生物組的情況下，用梭狀芽孢桿菌定居的小鼠可以限制哺乳動(dòng)物宿主中的CHIKV病毒血癥，并防止傳播回蚊媒。通過驗(yàn)證這些假設(shè)，作者證明用單個(gè)細(xì)菌物種梭狀梭狀芽孢桿菌或其衍生的代謝物，即次級(jí)膽汁酸脫氧膽酸重建，可以恢復(fù)pDC和MyD88依賴性的I型IFN反應(yīng)，從而限制全身性CHIKV感染并傳播回媒介蚊子。
7.微生物衍生和外源性次生BA促進(jìn)全身性I型IFN反應(yīng)并限制CHIKV感染
作者假設(shè)梭狀芽胞桿菌產(chǎn)生DCA可能會(huì)限制AV治療小鼠的全身CHIKV感染。，并對(duì)該假設(shè)進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果顯示，微生物組衍生的繼發(fā)性BA在促進(jìn)MyD88依賴性I型IFN應(yīng)答中的功能作用，即使在不受干擾的微生物組的情況下，該應(yīng)答也限制了循環(huán)中的CHIKV感染。
結(jié) 論:
總之，作者表明了微生物組調(diào)節(jié)特定的免疫細(xì)胞和信號(hào)傳導(dǎo)途徑，以限制循環(huán)免疫細(xì)胞中α病毒的感染和隨后的傳播。特定細(xì)菌及其相關(guān)代謝產(chǎn)物可以限制α病毒傳播的發(fā)現(xiàn)，可能為人類臨床疾病的變異性提供見識(shí)，并為減輕α病毒感染的結(jié)果以及可能的途徑提供了途徑，以減輕其傳播給蚊媒和流行病的可能性。