TH17细胞内在谷胱甘肽/线粒体IL-22轴保护肠道免受炎症侵袭

2024-08-13 Tue
TH17细胞内在的谷胱甘肽/线粒体-IL-22轴对肠道炎症的保护机制背景介绍肠道产生大量的活性氧（ROS），在维持肠道稳态中，T细胞抗氧化机制的作用仍然不明确。本文研究了特异性删除谷氨酸半胱氨酸合成酶（GCLC）的T细胞对谷胱甘肽（GSH）合成产生的影响，进而探讨了其对TH17细胞产生的IL-22在肠道保护上的重要性。在稳态条件下，GCLC缺乏不会改变细胞因子的分泌；然而，在感染小鼠致病菌Citrobacter rodentium后，ROS增加并破坏了线粒体功能及TFAM驱动的线粒体基因表达，导致细胞ATP减少，进而抑制了PI3K/AKT/mTOR通路，减少了IL-22的转译。低水平的IL-22导致细菌清除不力、严重的肠道损伤及高死亡率。这些发现揭示了TH17细胞内在的GSH在促进线粒体功能和细胞信号传导中重要作用，对于肠道完整性和防御肠道感染至关重要。
来源介绍此论文由Lynn Bonetti, Veronika Horkova, Melanie Grusdat及其他多位作者联合完成，所属机构包括卢森堡健康研究所的感染与免疫系、卢森堡大学系统生物医学中心、苏黎世大学实验免疫学研究所、Yale School of Public Health等。论文发表在《Cell Metabolism》期刊的2024年8月6日一期中，IF为36。
研究流程详述1. 研究流程：a) 实验模型及处理：使用特异性删除GCLC基因的小鼠模型（cd4cre-gclcfl/fl），研究谷胱甘肽对肠道炎症的影响。通过感染Citrobacter rodentium诱导肠炎症状，小鼠分组为感染与未感染组，实验时间为感染后第7天及第12天。
b) 细胞和分子分析：
- 抗氧化反应：通过流式细胞术（FCA）分析感染后小鼠肠上皮细胞（Lamina Propria）的CD4+ T细胞内的巯基水平，检测细胞内谷胱甘肽（GSH）的增加。
- 线粒体功能：评估线粒体内ROS水平及其对ATP生成的影响，使用氧气消耗率（OCR）测量线粒体活性，观察并分析ROS对线粒体发电链（ETC）相关基因表达的影响。
c) 细胞因子分析：分别检测不同组小鼠肠内CD4+ T细胞的IL-17和IL-22表达，特别关注感染条件下这些细胞因子的变化。
d) 抗氧化剂处理：通过给予抗氧化剂NAC（N-乙酰半胱氨酸）饮用水，评估其在恢复GCLC缺乏小鼠线粒体功能及IL-22生产中的作用。
e) 细胞分化实验：通过体外培养分化TH17细胞，验证IL-17和IL-22的产生受GSH影响的机制。
f) 基因表达恢复实验：应用携带促IL-22或IL-17表达的转基因小鼠模型，进一步探明GCLC缺失对TH17细胞在肠道感染中的作用。
2. 研究结果：a) 抗氧化反应与死亡率的关系：流式细胞术数据显示，感染后T细胞中GSH水平增加，同时ROS维持在低水平。GCLC缺失导致ROS缓冲能力下降，增加感染小鼠中的死亡率及肠道损伤。
b) 细菌清除与IL-22的作用：GCLC缺乏导致IL-22生产减少，细菌清除不力。给予NAC能有效恢复GCLC缺乏小鼠的ROS水平及线粒体功能，维持IL-22生成。
c) 肠道损伤与保护机制：
- 肠道结构受损：GCLC缺乏小鼠在感染后肠道出现明显的溃疡及缩短，腺窝丢失及上皮坏死情况严重。
- 恢复机制：给予抗氧化剂NAC及重组IL-22处理均有效恢复GCLC缺乏小鼠的肠道结构，证明IL-22在维持肠道完整性中的重要作用。
d) 基因表达的调节及机制：RNA测序显示，GCLC缺乏导致PI3K/AKT/mTOR通路活性下降，影响线粒体基因TFAM表达，使ATP水平减少，最终抑制IL-22的蛋白翻译，而非其mRNA转录。
e) 临床相关性研究：人类IBD病人样本分析证明，GCLC表达与肠道完整性相关基因的表达呈正相关，特别是IL-22和 Claudin(紧密连接蛋白)的表达。
研究结论与重要意义此研究揭示了TH17细胞内在的GSH/线粒体-IL-22轴在保护肠道免受细菌感染方面的关键作用，发现了ROS的调控与线粒体功能及IL-22蛋白翻译之间的关联。这不仅为我们理解肠道炎症中T细胞抗氧化机制提供了新见解，也为IBD治疗新策略的探索提供了理论依据，通过调控抗氧化剂的使用来改善TH17细胞功能，进而保护肠道完整性。此外，该研究提示了线粒体上的精细调控机制可能在更多细胞功能和疾病中的重要性，值得进一步探讨。
研究亮点创新性发现：研究首次揭示了TH17细胞内的谷胱甘肽（GSH）如何通过调节线粒体ROS水平影响IL-22蛋白的生成，保护肠道完整性。
系统性实验设计：从小鼠模型到体外细胞实验及临床样本分析，研究建立了完善的科学方法体系。
临床相关性：通过人类IBD样本的基因分析，验证了GCLC与肠道完整性相关基因表达之间的相关性，支持研究结果在临床上的潜在应用价值。
此研究显示了抗氧化机制在免疫系统中的复杂性及其对疾病和健康状态的重要性，为未来有关IBD的研究与治疗提供了丰富的资料和新的视角。