母乳中S100A8-A9促進(jìn)腸道微生態(tài)平衡和免疫系統(tǒng)的出生后發(fā)育

    母乳會影響嬰幼兒腸道菌群的組成，也有助于增強嬰幼兒的免疫系統(tǒng)。但是具體的機(jī)制尚不清楚。德國漢諾威醫(yī)學(xué)院（Hannover Medical School）臨床小兒呼吸科、過敏科和新生兒科 Dorothee Viemann博士發(fā)表在美國胃腸病學(xué)會（AGA）期刊Gastroenterology（IF=17.373）上的文章，發(fā)現(xiàn)母乳中存在大量的S100A8和S100A9形成異源二聚體復(fù)合物(S100A8-A9)并揭示母乳中的S100A8-A9在嬰幼兒腸道微生態(tài)和免疫調(diào)節(jié)中的作用。

技術(shù)路線圖：

研究結(jié)果：
1.健康嬰兒腸道中S100A8-A9含量豐富
    從72名健康足月兒和49名早產(chǎn)兒出生隊列中收集了517份糞便樣本，分析S100A8-A9水平。在足月嬰兒中，S100A8-A9水平在出生后的頭三個月明顯高于正常成人值，并在斷奶后恢復(fù)正常，直到一歲結(jié)束(圖1A)。早產(chǎn)兒中S100A8-A9水平明顯低，但在出生后的第一個月增加(圖1B)。陰道分娩（VD）后的S100A8-A9水平高于剖宮產(chǎn)(CS)(圖1C和D)，母乳是新生兒S100A8-A9的一個重要來源。為了研究S100A8-A9是否也內(nèi)源性產(chǎn)生于新生兒腸道，研究選擇新生兒和無潛在炎癥性腸炎（IBD）成人的小腸（SI）和大腸（LI）組織樣本。LPMPs（固有層巨噬細(xì)胞）中可以檢測到S100蛋白的表達(dá)，但在腸上皮細(xì)胞中則沒有，新生嬰兒SI(圖1E)和LI(圖1F)中表達(dá)S100A8的LPMPs比例明顯高于成人。

2.在嬰兒期，高S100A8-A9有利于腸道生態(tài)平衡
    為了評估新生兒生理上的高S100A8-A9是否與腸道微生物群的發(fā)育有關(guān)，我們從足月嬰兒（30-1年）隊列中提取了414份糞便樣本，生成了16S rRNA基因圖譜。
    腸道菌群組成的整體多樣性在生命的第一年顯著增加(圖2A)，最顯著的是放線菌、擬桿菌和梭狀芽胞桿菌的增加，γ-變形菌綱和腸桿菌的減少(圖2B)。在整個嬰兒期(30天到1年) 高水平的S100A8-A9與放線菌豐度正相關(guān)，和γ-變形菌綱豐度負(fù)相關(guān)(圖2 c)。數(shù)據(jù)表明，S100蛋白與腸道菌群組成有關(guān)，導(dǎo)致腸道代謝功能向有利方向轉(zhuǎn)換。
    為了進(jìn)一步了解機(jī)制，WT和S100a9-/-小鼠進(jìn)行實驗。在WT和S100a9-/-子代中，糞便細(xì)菌數(shù)量沒有顯著差異(圖3A)。然而， S100a9-/-子代從第1天就可以檢測到腸桿菌科(主要是大腸桿菌)的可培養(yǎng)數(shù)量，但野生型小鼠在21天才觀察到(圖3B)。在交叉培養(yǎng)環(huán)境中, S100a9 -/-新生兒通過WT母鼠飼養(yǎng)，能限制腸桿菌的生長，而在S100a9 - / -母鼠養(yǎng)育WT新生兒, 腸道桿菌科的可培養(yǎng)數(shù)量在第10天就可追蹤(圖3 C和D)。結(jié)果表明，母乳來源的S100A8-A9能限制腸桿菌科的生長。

3.S100蛋白調(diào)節(jié)LPMPs
    CX3CR1、IL-10、TGF-β1及Tregs是控制腸道菌群組成的重要因素,在卵黃囊和血液來源的LPMP中，LPMP比例,趨化因子受體1 (CX3CR1)陽性LPMPs的比例沒有改變(圖4A和B)。S100a9-/- BD-LPMPs中，CX3CR1的平均表達(dá)量明顯低于WT BD-LPMPs (圖4C和D)。在S100a9-/- LPMPs中，TNF在第3天顯著高于WT LPMPs，但在第10天和第21天低于WT LPMPs， IL-1β的表達(dá)相似。通過體外LPS刺激研究LPS的微生物反應(yīng)性(圖4F)。與WT LPMPs相比，S100a9-/- LPMPs在第3天顯著增強了TNF和IL-1β的表達(dá)，而在第10天開始轉(zhuǎn)變?yōu)閷@些促炎基因的誘導(dǎo)能力顯著降低。在出生后的前幾天，極高水平的S100A8-A9明顯耐受LPS的LPMP反應(yīng)，而隨著年齡的增加，基礎(chǔ)水平的S100A8-A9降低，其對誘導(dǎo)作用的功能放大。說明S100A8-A9對LPMPs的調(diào)控表型具有重要影響。

4. S100有助于調(diào)節(jié) LPMPs促進(jìn)Tregs
    CX3CR1, IL- 10和TGF-β被確認(rèn)為是Tregs增加的重要誘因。結(jié)果顯示，在WT和S100a9-/-小鼠中，固有層的Treg在mLNs（腸系膜淋巴結(jié)）和cLNs（腹腔淋巴結(jié)）中的比例是相當(dāng)?shù)?。然而，與WT小鼠相比， S100a9-/-小鼠結(jié)腸中隨后的Tregs擴(kuò)展明顯受損(圖5A-D)。在共培養(yǎng)條件下，WT LPMPs誘導(dǎo)Tregs的能力明顯優(yōu)于S100a9-/- LPMPs (圖5 E和F)。補充TGF， S100a9-/- LPMPs中Tregs仍然較低(圖5G)。然而，IL--10的補充彌補了S100a9-/- LPMPs缺乏的Tregs誘導(dǎo)能力(圖3H)。這些發(fā)現(xiàn)表明S100A8-A9誘導(dǎo)的LPMP表型促進(jìn)了出生后結(jié)腸黏膜中Tregs的發(fā)育，特別是通過提供IL--10。

5. S100對新生兒腸道免疫的研究
    從第十天開始,我們觀察到S100A8補充后LPMPs中， CX3CR1水平更高 (圖6 B和G)。Tregs的擴(kuò)張效果明顯更好，特別是通過腸內(nèi)途徑 (圖6 C和H)。i.p.給予S100A8，對IL-10和TGF-β1的基礎(chǔ)表達(dá)沒有影響(圖6D)，只提高了LPS誘導(dǎo)TNF和IL-1β的能力(圖6E)。然而，產(chǎn)后一次性喂養(yǎng)S100A8顯著提高了IL-10的基礎(chǔ)表達(dá)水平(圖6I)，并增強了所有LPS誘導(dǎo)基因，即TNF、IL-1β和IL-10的響應(yīng)性(圖6J)。
    交叉培養(yǎng)實驗(圖6K-N)證實了腸內(nèi)供應(yīng)S100的重要性。綜上所述，這些發(fā)現(xiàn)表明圍產(chǎn)期腸內(nèi)S100A8的供應(yīng)調(diào)節(jié)了LPMPs的炎癥反應(yīng)，從而促進(jìn)了出生后腸道中Tregs的發(fā)育

6. 嬰兒期高S100A8-A9可預(yù)防腸道失調(diào)相關(guān)疾病
    腸道失調(diào)伴隨著腸道菌群的早期積累，會發(fā)生早產(chǎn)兒NEC（新生兒壞死性小腸結(jié)腸炎）. NEC患者的禁食治療會導(dǎo)致腸內(nèi)S100A8-A9供應(yīng)不足，以及內(nèi)源性S100A8-A9產(chǎn)生減少，提示S100-alarmins可預(yù)防NEC。另一種與腸道失調(diào)有關(guān)的早期疾病是新生兒晚發(fā)敗血癥（LOS）。在早產(chǎn)兒隊列中，LOS的S100A8-A9水平明顯低于沒有晚期膿毒癥嬰兒中的相應(yīng)水平 (圖7B)。在一個金黃色葡萄球菌誘導(dǎo)的小鼠感染模型中,S100A8預(yù)防新生兒敗血癥 (圖7C)。S100A8顯著降低了S100a9-/-新生兒晚期膿毒癥的死亡率(圖7D)，同時有效抑制了細(xì)胞因子反應(yīng)(圖7E)和細(xì)菌負(fù)擔(dān)(圖7F)。在敲除S100的小鼠中，第8周大時比野生小鼠重21%。從出生到2歲的BMI與新生兒S100A8-A9平均水平存在反向關(guān)系 (圖7I)。

總結(jié)：
1.S100A8-A9可作為母乳中的警報器，并且會進(jìn)入嬰幼兒的腸道
2.S100蛋白與腸道菌群有關(guān)，促進(jìn)腸道內(nèi)微生態(tài)平衡
3.S100蛋白改變固有層巨噬細(xì)胞的表型，增加Tregs細(xì)胞，促進(jìn)腸道免疫。
4.S100蛋白能夠改善腸道菌群失調(diào)相關(guān)疾病，如新生兒壞死性小腸結(jié)腸炎，新生兒晚發(fā)敗血癥，肥胖等。
S100A8-A9在臨床上對新生兒腸道免疫適應(yīng)具有高度調(diào)節(jié)作用，并提示S100是一種有價值的免疫調(diào)節(jié)措施，可預(yù)防與異常相關(guān)的疾病的發(fā)生