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背景
肥胖的发病率不断上升，影响全球超过20亿人。肥胖与心血管疾病、全身和脂肪组织炎症广泛相关，并伴有促炎性T细胞积聚，包括细胞*性CD8+T细胞、CD4+1型辅助T细胞(T1)、CD4+3/17型辅助T细胞(T17)和记忆B细胞，这些细胞通过募集趋化因子加剧炎症，启动促进胰岛素抵抗的炎症过程。此外，肥胖相关的慢性低度炎症已被证明通过激活c-JunN-末端激酶和核因子-κB信号通路损害胰岛素敏感性，随后增加促炎细胞因子的释放，如肿瘤坏死因子-α和白细胞介素-6(IL-6)。
记忆细胞频率的相对增加是一个过程，称为免疫衰老，是一种与年龄相关的免疫改变，可以通过限制热量来延缓。肠道微生物群可以调节脂肪组织扩张和葡萄糖代谢，这已在无菌(GF)小鼠的各种定植实验中得到证明。大量临床研究强调了肠道微生物群在代谢稳态中的关键作用。肥胖与人类和小鼠肠道微生物群的深刻变化有关。然而，热量限制诱导的体重减轻可以逆转这种表型。最近的报告称，肠道微生物群对饮食变化表现出高度动态的反应，并且与人类的营养吸收存在因果关系。在GF和定植小鼠中进行的实验表明，宿主免疫系统明显受肠道微生物群的影响。例如，据报道，微生物组合物调节小肠固有层中T17和调节性T细胞的平衡。最近，另一个研究小组确定了多种肠道微生物对53种单个细菌单定植的小鼠的免疫调节作用，系统分析了宿主对定植的免疫适应。然而，肠道微生物群与先天和适应性免疫细胞的相互作用仍不清楚。总而言之，饮食诱导的肥胖、饮食干预以及热量干预对肠道微生物群的影响已得到很好的描述，但饮食驱动的微生物群改变对宿主免疫信号的下游影响尚不清楚，仍有待阐明。
简介
年4月4日，来自德国柏林卫生研究所的JuliaSbierski?Kind及其团队在Microbiome(IF:11.)杂志上发表名为Effectsofcaloricrestrictiononthegutmicrobiomearelinkedwithimmunesenescence的研究[1]。
主要结果
与CalRes相关的肠道微生物群的定植会改变身体脂肪和葡萄糖清除率
我们评估了人类微生物定植对非肥胖受体小鼠肥胖症和葡萄糖代谢的影响。定植后，与GF对照组相比，表观性腺白色脂肪组织(eWAT)和脾脏重量增加，肝脏重量趋势相同(图2A-C)，尽管接种后3周内粪便重量、能量损失、粪便能量含量、食物消耗和能量吸收无显著差异(图2D)。此外，与用AdLib微生物群定殖的小鼠相比，用CalRes定殖的小鼠中的eWAT显著较低(图2B)。体重的减少与定植后盲肠重量减少有关(图2E)，据报告，这是定植过程的标志。然而，在用AdLib定殖的小鼠和用CalRes微生物群定殖的小鼠之间的实验过程中，我们没有观察到体重增加的显著变化。为了进一步确定GF和定植小鼠之间的代谢变化，我们在定植后3周进行了口服葡萄糖耐量试验。与接受相同供体的AdLib样本的小鼠相比，接受人类CalRes微生物群的小鼠中葡萄糖水平随着时间的推移趋于降低，曲线下的葡萄糖面积显著降低(图2F，G)。与我们之前的工作相似，这些数据表明，热量限制引起的转移的人类肠道微生物群的变化可能诱导代谢改善，尽管需要进一步的实验，包括受体小鼠的饮食挑战，以更准确地确定微生物和代谢改变之间的联系。
图2.与CalRes相关的肠道微生物群定植会改变体脂和葡萄糖清除率
与人类肠道微生物群定殖诱导脾免疫细胞亚群的改变
考虑到与肥胖随意状态相比，热量限制影响的人类粪便移植足以揭示肠道中幼稚和有效记忆CD4+和CD8+T细胞以及记忆B细胞的不同累积，我们接下来测试了适应性免疫细胞中的这些差异是否也是系统可检测到的，因此研究了脾脏中的免疫细胞亚群。在活脾CD45+白细胞进行门控后的现象图聚类显示GF小鼠、AdLib受体小鼠和CalRes受体小鼠中有明显的免疫细胞分布。与我们之前的结肠免疫细胞分析相似，我们对所有谱系、预门控脾TCRβ+T细胞(图4A)和TCRβCD19NK1.1先天免疫细胞(图4B)使用t-SNE检测细胞表面标志物的差异表达水平。CD4+、CD8+、双阴性T细胞共分为20个免疫细胞簇。与两组定植小鼠相比，GF小鼠具有显著更丰富的表达高水平CD4、CD62L和CD25的簇(簇19，图4A)，而定植小鼠具有表达T细胞记忆标记的簇18、6和13的增加的水平(CD44，图4A)。与用AdLib微生物群定殖的小鼠相比，CalRes受体小鼠表现出CD8、CD62L和CD44(中枢记忆CD8+T细胞)高表达的亚群比例增加(簇10，图4A)。还可以观察到CD4和CD25高表达集群中的差异，与AdLib组相比，CalRes微生物群定植的小鼠中的水平升高(簇19)。然而，在用AdLib或CalRes微生物群定殖的小鼠之间，T细胞区室中的其他免疫细胞簇没有显著差异(图4A)。有趣的是，与定植小鼠相比，GF小鼠表现出的23个脾髓隔室簇中的大多数表达了巨噬细胞和单核细胞的表面标志物的更高水平(簇21、5和7，图4B)。脾脏中先天免疫细胞群的免疫表型没有揭示AdLib受体小鼠与CalResrecipient小鼠相比的主要变化。为了进一步评估GF和定植小鼠之间的差异，我们通过手动门控分析了先天和适应性免疫细胞。微生物群定居降低了天真的CD4+和CD8+T细胞的频率，而与热量限制无关，但导致终末缺失的效应细胞CD4+T细胞和效应细胞记忆CD8+T细胞显著增加(图4C)。正如预期，在人类肠道微生物群受体小鼠中，白细胞、CD4+T细胞、CD8+T细胞、B细胞和NK细胞的绝对数量显著增加。在用AdLib定殖的小鼠和用CalRes微生物群定殖的小鼠之间，脾T细胞区室中没有显著变化。然而，与AdLib受体小鼠相比，我们观察到CalRes受体小鼠中的总B细胞频率显著降低，与GF小鼠相比，在用CalRes人类肠道微生物群定殖的小鼠中，B细胞间隔内的转换记忆B细胞频率略微降低(图4D-F)。我们发现脾NK细胞频率或其激活状态没有差异(图4G，H)。我们的结果表明，人类肠道微生物群在GF小鼠中的定植导致了系统性先天和适应性免疫细胞的显著改变。
图4.人肠道微生物群定植诱导脾免疫细胞亚群改变
免疫细胞组成与微生物类群相关
为了确定多器官(结肠、脾脏、肝脏)的免疫细胞亚群与肠道微生物改变之间的显著相关性，我们发现，在定植于CalRes微生物群的小鼠中丰度增加的微生物类群，包括果胶状芽孢杆菌、毛螺旋菌等，与结肠中NK细胞和其他先天免疫细胞(如树突细胞和巨噬细胞)百分比降低有关(图6A)，其中先天免疫细胞的水平与B和T细胞相比占优势。与这些数据一致，最近研究显示，在接受热量限制的小鼠中，外周组织中的NK细胞频率降低，脾脏中的表型发生改变。CalRes相关分类群也与肠道幼稚和中枢记忆CD4+和CD8+T和幼稚B细胞亚群呈正相关，而在AdLib微生物群定植的小鼠中具有丰度较高的分类群，如文特里奥苏姆大肠杆菌、哈他韦伊大肠杆菌和红螺旋菌，与结肠中的转换B细胞和记忆/效应T细胞亚群呈正相关(图6A)。这些发现强调了热量限制对肠道微生物群落变化的影响，这可能随后会减弱多个器官的免疫衰老。
图6.免疫改变与肠道微生物变化相关
结论及展望
总之，本研究提供了第一个数据，以更好地了解在限制热量摄入的背景下，宿主免疫系统与微生物群之间的相互作用，这种相互作用可能会影响肥胖和2型糖尿病等代谢性疾病。
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