文献解读 | 人类结肠独特的微生物环境和免疫生态位

结肠作为一种屏障组织，有其独特的免疫环境，结肠中的免疫细胞对多种多样的微生物群落具有耐受性。肠道内不同部位营养物质和氧气的获得程度、管腔内容物的转运速率和区域化的宿主免疫活性决定了微生物群在空间上的组成具有多样性。微生物群对人体健康至关重要，共生菌和致病微生物的不平衡与许多疾病相关。

本研究由Sarah A Teichmann等人于2020年2月发表在Nature Immunology 上，题为 Distinct microbial and immune niches of the human colon 。本研究利用单细胞转录组测序深入探究了肠系膜淋巴结（mesenteric lymph nodes，MLNs）及结肠不同部位免疫细胞的多样性与结肠微生物群之间的稳态关系，全面揭示了人结肠近端到远端不同区域免疫细胞的比例和激活状态的差异。

01 不同结肠区域微生物组成存在差异

本研究取12名遗体捐赠者盲肠、横结肠和乙状结肠粘膜表面的拭子进行了16S rRNA测序，绘制结肠粘膜表面的细菌组成图。结果显示，每个供体的肠道遍布着肠道菌门类杆菌、厚壁菌、变形菌和放线菌。在微生物组成上，观察到乙状结肠中类杆菌更为普遍。此外，肠球菌在近端结肠中更为普遍，而大肠杆菌在远端结肠中更为丰富。

02 构建MLNs、盲肠、横结肠、乙状结肠组织的免疫细胞图谱

本研究从5名捐赠者的正常结肠组织分离41,650个免疫细胞，并鉴定出25种细胞类群：滤泡和记忆B细胞、IgA+和IgG+浆细胞、效应和记忆CD4+ T细胞、Treg细胞、CD8+ T细胞、γδT细胞、ILC、NKT、肥大细胞和髓系细胞。分析结果显示，TH17和TH1细胞的相对比例呈倒梯度变化，其中TH17细胞主要存在于盲肠中，其次为横结肠、乙状结肠；TH1细胞则相反，在乙状结肠中更丰富。结肠TH17细胞和TH1细胞的这种明显分布与微生物群落的空间变化是一致的，暗示了这两个种群之间的关系。

03 结肠不同区域辅助T细胞具有区域特异性转录图谱

为了更全面地了解不同区域CD4+效应T细胞，本研究对不同结肠组织之间的TH1和TH17细胞进行了相关性分析，结果表明盲肠、横结肠、乙状结肠组织CD4+效应T细胞亚型之间具有转录相似性，而MLNs与周围组织的差异则较大。三种结肠组织中CD4+效应T细胞的差异基因表达分析显示，近端结肠中TANK分子高表达，而乙状结肠中KLF2高表达。此外，观察到乙状结肠中的TH1细胞和盲肠中的TH17细胞克隆扩增最多，同时发现，TH1和TH17部分克隆之间克隆位点共享。这表明辅助性T细胞克隆传播到结肠的远端区域。这些结果表明，在近端结肠和乙状结肠的TH1和TH17细胞中，与激活和组织迁移相关的区域特异性转录具有差异性。

结论和意义

本研究通过单细胞scRNA-seq和微生物16S rRNA数据进行结合，分析了在稳态下肠道内区域适应性免疫细胞组成和功能方面的重要性，区域适应性免疫细胞的变化与微生物群落组成差异之间具有一致性，这些免疫细胞和微生物在结肠稳定状态下的区域特异性为理解不同肠道趋向性的机制提供了一个平台。

参考文献：

James KR, Gomes T, Elmentaite R, Kumar N, Gulliver EL, King HW, Stares MD, Bareham BR, Ferdinand JR, Petrova VN, Polański K, Forster SC, Jarvis LB, Suchanek O, Howlett S, James LK, Jones JL, Meyer KB, Clatworthy MR, Saeb-Parsy K, Lawley TD, Teichmann SA. Distinct microbial and immune niches of the human colon. Nat Immunol. 2020 Mar;21(3):343-353. doi: 10.1038/s41590-020-0602-z. Epub 2020 Feb 17. PMID: 32066951; PMCID: PMC7212050.