年老肠道菌群诱导黏膜转录失调及损害免疫监视

《Aging Cell》：Aged Gut Microbiota Induces Mucosal Transcriptional Dysregulation, Impairing Immune Surveillance

　　

衰老与系统性免疫重塑及疾病易感性相关，但其对肠黏膜免疫的影响，特别是微皱褶细胞（M细胞）的变化仍知之甚少。本研究旨在探讨衰老如何改变肠黏膜免疫表型，特别是滤泡相关上皮（FAE）细胞和肠道菌群，并确定可用于维持老年人肠黏膜功能的相互关联通路。利用年轻和老年小鼠的肠组织，研究人员评估了肠上皮衰老表现、固有层免疫细胞变化及微生物组成。研究发现，衰老与衰老相关分泌表型（SASP）标志物（IL-1β、TNF-α、p16）表达增加以及紧密连接蛋白（Occludin、Tricellulin）水平降低相关，表明上皮屏障功能障碍。老年小鼠表现出初始辅助性T细胞（Na?ve Th）减少、效应Th细胞和Th17亚群增加以及粪便免疫球蛋白A（IgA）减少。微生物组分析显示炎症细菌（如Desulfovibrio和Candidatus_Saccharimonas）富集及菌群失调指数升高。FAE的RNA测序揭示了578个差异表达基因（DEGs），包括Gp2和Ccl28的下调，表明M细胞功能受损。微生物组变化与黏膜免疫衰老的关联分析表明，关键炎症细菌的富集可能导致M细胞功能受损及肠黏膜免疫失调。这些发现揭示了衰老过程中肠稳态的多层次破坏——包括屏障功能、免疫失衡、FAE功能障碍及特定微生物类群的转变——导致病原体易感性增加。靶向这些年龄相关通路可能为维持老年人肠黏膜免疫提供策略。

论文解读：年老肠道菌群诱导黏膜转录失调及损害免疫监视

研究背景与立项依据

胃肠道作为宿主与外界环境的关键界面，其肠黏膜屏障在免疫监视和维持微生物稳态中起着核心作用。随着衰老进程，肠屏障完整性下降，黏液和抗菌肽分泌减少，派尔集合淋巴结（Peyer's patch, PP）发生退化，导致抗原呈递能力受损。同时，肠固有层中巨噬细胞吞噬能力下降，T细胞活化异常及极化失衡，调节性T细胞（Tregs）减少，Th17/Treg平衡被破坏，B细胞来源的免疫球蛋白A（IgA）产生减少。这些变化共同导致老年人对艰难梭菌（Clostridium difficile）和诺如病毒等病原体的易感性增加，并促进与免疫衰老相关的慢性炎症。尽管已知微生物群-免疫串扰在免疫介导疾病的发病机制中至关重要，但衰老相关的滤泡相关上皮（Follicle-associated epithelium, FAE）在派尔集合淋巴结内的改变，及其在调节M细胞功能中的作用，目前仍缺乏深入表征。此外，特定微生物是否保留诱导FAE重塑的能力，或转而促进致病性FAE重编程，仍是亟待解决的关键科学问题。为此，研究人员采用多模态方法，旨在阐明衰老如何重塑肠道菌群与FAE内转录网络之间的相互作用。

关键技术方法概述

本研究选用3月龄和24月龄的C57BL/6J雄性小鼠作为年轻和老年模型。研究人员通过酶消化法分离小肠固有层淋巴细胞，利用流式细胞术分析CD4⁺T细胞亚群（包括初始、效应、记忆Th细胞及Th1、Th2、Th17）。通过EDTA辅助显微解剖法分离派尔集合淋巴结的FAE进行RNA测序（RNA-Seq），并利用16S rRNA基因测序分析肠道菌群组成。此外，研究还构建了艰难梭菌感染模型以评估体内易感性，并通过加权基因共表达网络分析（WGCNA）、Spearman相关性分析及Mantel检验进行了多组学整合分析。

研究结果

3.1 老年小鼠肠道发生黏膜免疫失调

研究人员首先分析了衰老对肠屏障和免疫细胞谱的影响。结果显示，与年轻小鼠相比，老年小鼠肠组织中衰老相关分泌表型（SASP）相关基因（Il-1β、TNF-α、p16）表达显著上调，而屏障相关标记物Tricellulin和Occludin表达显著下调。流式细胞术分析表明，肠固有层中初始Th细胞显著减少，效应Th细胞显著增加，且Th细胞亚群向Th1和Th17偏移。此外，老年小鼠粪便中IgA含量显著降低，血清脂多糖（LPS）水平显著升高，提示肠黏膜免疫功能紊乱导致病原体成分易位入血。

3.2 老年小鼠FAE基因表达失调

为了阐明M细胞数量和功能减少对肠黏膜免疫的影响，研究人员分离了FAE细胞进行转录组测序。结果显示，老年小鼠FAE细胞中有578个差异表达基因（DEGs），其中446个上调，132个下调。这些DEGs富集于肠IgA产生免疫网络和细胞因子-细胞因子受体相互作用等KEGG通路。通过WGCNA分析，研究人员发现黑色模块与LPS和IgA水平密切相关，并鉴定出Icosl、Ccl28、Gp2、Ccr2、Il17a、Ccr5和Il7等关键DEGs，其中Gp2在炎症性肠病患者中也呈现低表达。

3.3 衰老小鼠肠道菌群失衡

16S rRNA测序显示，虽然主坐标分析（PCoA）显示两组整体微生物群落结构无显著差异，但Alpha多样性分析表明老年组物种丰富度（Chao指数）显著增加。在分类组成上，老年组Bacillota比例降低，Bacteroidota比例增加，且Thermodesulfobacteriota门扩张。在属水平上，老年组富集了Desulfovibrio、Candidatus_Saccharimonas、Lactococcus等菌属，且肠道微生物群健康指数（GMHI）显著降低，微生物失调指数（MDI）显著升高。

3.4 关键病原体与肠黏膜免疫功能障碍高度相关

BugBase表型预测显示，老年组潜在致病性（Potentially Pathogenic）表型比例增加。相关性分析进一步揭示，Candidatus_Saccharimonas、Desulfovibrio和Marvinbryantia的相对丰度与LPS含量呈正相关，与IgA含量呈负相关。Mantel检验表明，老年小鼠中微生物群落结构与衰老及屏障相关基因表达之间的关联减弱，提示宿主-菌群协调性破坏。这些关键病原体与FAE中差异基因的表达水平呈现显著相关。

3.5 老年小鼠对艰难梭菌感染高度易感

利用艰难梭菌感染模型，研究人员发现老年小鼠肠道表现出更严重的炎症反应，苏木精-伊红（HE）染色切片观察到明显的炎性浸润。免疫组化分析证实，老年小鼠结肠中IL-17A阳性细胞数量显著增加，表明老年肠道处于高IL-17A表达的炎症状态。

讨论与结论

本研究系统探讨了衰老对小鼠肠黏膜免疫系统的多层面影响，特别关注了微生物组成变化和M细胞基因表达网络的调控，最终揭示了导致肠病原体易感性增加的潜在机制。研究发现，老年肠道中关键致病菌（如Candidatus_Saccharimonas和Desulfovibrio）的扩增加剧了肠免疫细胞的促炎变化，进而导致M细胞介导的抗原识别和呈递相关基因失调。这一机制可能通过破坏紧密连接蛋白、诱导SASP因子释放以及改变Th17/Treg平衡，最终导致屏障功能崩溃和系统性炎症。该研究强调了在衰老过程中，针对特定微生物群靶点（如抑制Desulfovibrio）或通过调节RANKL-RANK信号轴促进M细胞分化，可能是恢复老年肠黏膜免疫功能的潜在干预策略。论文发表于《Aging Cell》。