Science期刊:調控微生物群或可預防致命的炎症性心肌病後遺症

谷禾健康 發佈 2020-01-15T09:56:24+00:00

近日,國際頂級方法學期刊《Science》發表了一篇由瑞士免疫生物研究所的研究成成果:Microbiota-derived peptide mimics drive lethal inflammatory cardiomyopathy,此項研究表明針對遺傳易感性心肌炎患者或通過抗

近日, 國際頂級方法學期刊《Science》發表了一篇由瑞士免疫生物研究所的研究成成果:Microbiota-derived peptide mimics drive lethal inflammatory cardiomyopathy(微生物群衍生的肽模擬物可導致致命的炎性心肌病),此項研究表明針對遺傳易感性心肌炎患者或通過抗生素進行檢查點抑制劑治療的易感患者的微生物群可能會減輕疾病的嚴重程度,這可能有助於預防可能致命的炎症性心肌病後遺症。



摘要

心肌炎可通過肌球蛋白重鏈6特異性 T 輔助細胞 (TH)1 和 TH17 細胞的慢性刺激發展為炎症性心肌病。然而,控制心臟特異性 T 細胞心臟毒性編程的機制仍然難以捉摸。

研究人員使用自發性自身免疫性心肌炎的小鼠模型,表明心肌炎向致死性心臟病的進展依賴於由共生擬桿菌肽模擬物在腸道中留下印記的心肌肌球蛋白特異性 TH17 細胞。通過抗生素治療成功地預防了小鼠的致死性疾病,以及在人心肌炎患者中觀察到的擬桿菌特異性 CD4+T 細胞和B細胞反應顯著升高,都表明來自共生細菌的模擬肽可以促進遺傳易感性個體的炎症性心肌病。通過操縱微生物群抑制心臟毒性 T 細胞的能力,從而將炎症性心肌病轉變為可靶向的疾病。


背景

心肌炎期間的急性免疫激活與針對肌球蛋白重鏈 6 (MYH6) 的自身免疫反應的產生有關。隨後的MYH6 特異性輔助性 T 細胞 (TH)1 和 TH17 細胞的慢性刺激誘發炎症性心肌病。

自身免疫性和慢性炎症性疾病的進行性是由遺傳易感性和獨特的環境條件決定的。炎症性心肌病的易感性可與 HLA-DQB1* 多態性有關,而病原體感染使患者易患主要組織相容性複合體(MHC)II類限制性T細胞,這是由於心肌細胞的死亡和自身抗原的過度呈遞導致的。

另外,微生物成分的抗原模擬也可能導致這些疾病。為了評估心臟特異性T細胞是否與微生物組成發生交叉反應,研究人員使用了在其 CD4+T 細胞(TCRM)的 95% 以上的表達 MYH6-特異性T細胞受體的轉基因小鼠。


主要結果

1、自身免疫性心肌炎向擴張型心肌病的微生物依賴性轉變。微生物群的存在促進了心臟特異性CD4+T 細胞中 TH17 表型的印記,並有利於髓樣細胞在 TCRM 小鼠心肌中的積累。


圖A. TCRM 小鼠在 SPF(無特定病原體動物)或 GF 條件下的存活率。所有 TCRM 小鼠都發生了自發性自身免疫性心肌炎,約 50% 的小鼠在 SPF 條件下發展為致命性心肌病,但是缺少共生菌群的 GF 條件下小鼠則會發展為致命性心肌病的結果。

圖B. 12 周齡的 SPF 條件和 GF 條件下的 TCRM 小鼠的心臟大體病理。標尺(4mm)

圖C. 12 周齡 TCRM 小鼠在 SPF 條件和 GF 條件下的心臟組織學分析。使用 HE 和 EVG 染色。標尺(100mm)

圖D. SPF 和 GF 條件下 4 周齡和 12 周齡 TCRM 小鼠的組織病理學疾病嚴重程度。圓點表示單個小鼠的值,線條表示中間值。ns 表示無顯著統計學意義。

圖E-G. 在單個小鼠中測定的 SPF 和 GF 條件下 TCRM 小鼠和轉基因陰性對照組 (Tg-) 的超聲心動圖參數,射血分數 (圖E),縮短分數 (圖F) 和收縮左心室內徑 (圖G ,LVID sys)。儘管有低水平的心臟炎症,但 GF TCRM 小鼠的心臟功能正常。

圖H-Q. 從 4 周 (CoH 4 wk) 或 8 周 (CoH 8 wk) 開始, GF 條件下 TCRM 小鼠被轉移到 SPF條件下,並與 SPF 條件下 TCRM 小鼠同住,直到分析。作為比較,使用 GF 或 SPF 條件下的TCRM小鼠。(圖H)前瞻性生存分析,箭頭指示轉移到SPF條件的年齡。(圖I)組織病理學疾病進展。心臟浸潤細胞計數:CD45+ 細胞(圖J),肌球蛋白特異性 CD4+T 細胞 (圖K),白細胞介素-17-(圖L),IFN-g- 產生心臟浸潤 MYH6 特異性 CD4+T 細胞 (圖M)。轉移後 GF TCRM 小鼠顯著加劇心臟炎症

圖N-Q. 用流式細胞術分析心臟浸潤髓細胞亞群。(圖N)SPF 條件下 TCRM 小鼠心臟中CD11b+ ly6g 細胞的典型t-分布隨機相鄰嵌入 (t-SNE) 圖;(圖O)炎症性單核細胞;(圖P)MHCII 巨噬細胞;(圖Q)CD11b-CCR2- 駐留在心臟的巨噬細胞。共生菌群的存在增加了TH1和TH17 心臟特異性 CD4+ T 細胞的比例,並促進了炎症性骨髓細胞在心臟組織中的積累


2、MYH6特異性CD4+T細胞與腸道微生物群的相互作用。心臟特異性的CD4+T細胞可以塑造結腸微生物群落,並且不同的細菌群落(在本例中為擬桿菌)提供了可以激活MYH6特異性CD4+T細胞的模擬肽。

圖A. 流式細胞術分析來自 SPF 或 GF 條件下 TCRM 小鼠的心蛋白過濾 MYH6 特異性細胞中的整合素 α4β7 和 CCR6。心臟浸潤的 CD4+TCRM 細胞在 SPF 條件下的腸歸巢受體表達明顯高於GF條件。

圖B,C. 螢光染料 CFSE 標記的 TCRM 細胞過繼轉移到 Rag1–/–小鼠後的定位和增殖。(圖B)在過繼移植後第 3 天對結腸補片進行共聚焦顯微鏡分析,比例尺(100mm),DAPI(4′,6-diamidino-2-phenylindole)。(圖C)MYH6 特異性細胞的增殖。用流式細胞術對指定的器官和指定時間點的螢光染料 CFSE 稀釋進行定量。條形表示平均值。nd(不可檢測);LN(淋巴結);LP(固有層);MedLN(縱隔淋巴結)

圖D,E. 通過 16SrRNA 測序,轉基因陰性對照組 (Tg-)、SPF TCRM 和 GF TCRM 小鼠在 SPF條件下 4 周齡時的糞便細菌組成。(圖D)主成分分析。(圖E)指示的細菌綱和科的相對豐度下的熱圖。提示 GF TCRM 小鼠獲得了 SPF TCRM 小鼠的微生物群落。

圖F-H. MYH6 特異性 CD4+T 細胞交叉反應性。(圖F)用 MYH6、擬桿菌的 b-gal 肽或陰溝腸桿菌的半胱氨酸水解酶衍生肽進行再刺激後,通過 CFSE- 稀釋法測定 TCRM 小鼠的 CD4+ T細胞體外增殖。

圖G,H. SPF TCRM 小鼠經 MYH6 或擬桿菌的 b-gal 肽體外再刺激後,心臟和結腸浸潤,表達 Vb8 的 CD4+T 細胞產生細胞因子。

圖I-L. GF TCRM 小鼠被 B.theta 野生型 (B.theta WT) 或缺失 β-半乳糖苷酶 BT1626 基因(B.theta DB-gal) 的 B.theta 所克隆。對心臟浸潤細胞(圖I)和對心臟和結腸中 MYH6 特異性細胞因子產生細胞(圖J)的流式細胞術分析。帶有 B.theta β-gal 的 TCRM 小鼠的重新定殖減少了心肌中免疫細胞的積累,並顯著降低了心臟和結腸中肌球蛋白特異性 TH17 細胞的活性

圖K,L. 通過細菌流式細胞術 (K) 和來自單個小鼠的匯集數據來確定 IgA 結合的糞便細菌。SSC,側邊散射;PE,藻紅蛋白。在 B.theta β-gal 中缺乏交叉反應表位導致單克隆 TCRM 小鼠的 IgA 反應顯著降低。


3、TCRM模型中抗生素治療對致死性心臟病和免疫反應性的影響。心臟特異性CD4+T細胞與腸道中的微生物成分特異性地相互作用,從而影響系統的免疫反應性。

圖A,B. 斷奶後小鼠用廣譜抗生素組合[磺胺多辛,甲氧苄啶和甲硝唑 (S+T+M) ] 治療後,TCRM 小鼠的存活率 (A) 和疾病嚴重性 (B)。在 20 周齡的小鼠中測定疾病的嚴重程度。圓點表示單個小鼠的值,對應縱軸刻度表示平均疾病嚴重程度。

圖C. 通過定量聚合酶鏈反應定量糞便中的 B.theta,廣譜抗生素不僅降低了糞便樣本中的B.theta 水平,而且在過繼轉移後第 28 天顯著改善了心臟病(圖D)

圖E,F. 接受各種抗生素治療的 RAG1- /-受體心臟中 CD45+ 免疫細胞 (圖E) 和表達 Vb8 的CD4+T 細胞 (圖F) 的積累顯著減少。

圖G. 心臟浸潤性MYH6特異性 Vb8+CD4+T 細胞的細胞因子產生。

圖H. 用酶聯免疫吸附試驗 (ELISA) 測定抗 B.theta,B.distasonis,B.vulgatus 和 E.cloacae 的特異性 IgG 反應的熱圖。抗生素治療降低了 B.theta 特異性 IgG 抗體水平,但該治療對針對B.distasonis,B.vulgatus 或 E.cloacae 的 IgG 抗體反應有不同的影響。


4、人類心肌炎患者對擬桿菌和心肌肌球蛋白抗原的免疫反應性。人類的炎症性心肌病至少部分是通過源自腸道微生物群的細菌肽模擬物激活心臟特異性 Th 細胞來驅動的。

圖A. AMITIS 隊列患者入院時及診斷後不同時間點血清中 B.theta 特異性 IgG 抗體與健康人血清的比較分析。紅框和黑框分別表示抗 B.theta 抗體水平高或低的患者。圓點代表個體抗體水平,線條代表平均值, A=吸光度。與健康對照組相比,這些患者顯示出明顯升高的 B.theta 特異性 IgG 反應

圖B. AMITIS 隊列患者在指定時間點的射血分數 (EF%) 和 C-反應蛋白(CRP) 值 (圖C)。心肌炎患者的臨床改善伴隨著抗 B.theta 血清反應性的降低

圖D. 來自 AMITIS 隊列的心肌炎患者在初次就診時具有針對 B. theta 的或低或高 IgG 抗體的綜合臨床評分,如圖A 所示。圓點表示抗-β1-AR 抗體陽性總和的個體臨床評分,CRP值≥16和EF≤40,而線條代表中位數臨床評分。

圖E. AMITIS 隊列和健康對照中針對 B.theta,B.distasonis,B.vulgatus 和 E.cloacae 的特異性 IgG 反應的熱圖。在心肌炎患者和健康對照組之間,IgG 抗體對其他擬桿菌種類的反應性沒有差異。

圖F. 入院時來自 Micro-DCM 隊列患者的血清 B.theta 特異性 IgG 水平

圖G. 抗菌 IgG 反應性的熱圖。與健康對照組相比,抗 B.theta IgG 抗體明顯升高

圖H. 熱圖代表了計算機預測的 MYH6614-629 肽或 B. theta b-gal11-25 肽與流行的 HLA-DQ 等位基因的結合。

圖I. 用人 MYH6614-629 肽或 B. theta b-gal11-25 肽刺激 HLA-DQB1 * 03 健康志願者(n = 10)或 Micro-DCM 隊列患者(HLA-DQB1 * 03,n = 9;其他 HLA,n = 8)後,對外周血單核細胞的 IFN-γ 酶聯免疫斑點分析(ELISPOT)與健康對照相比,患者外周血 T 細胞對MYH6和 β-gal 肽的干擾素-g(IFN-g) 反應性顯著提高(圖4I)。

圖J. 具有指示的 HLA-DQB1 等位基因的心肌炎患者和健康人中 MYH6- 或 β-gal IFN-g 產生細胞之間的相關性。圓點代表個體主體。r,Pearson相關係數;r2,決定係數。與健康對照相比,MYH6 和 β-gal 肽反應性之間存在高度顯著的相關性,表明心臟特異性 CD4+T 細胞與人心肌炎患者的細菌肽發生交叉反應。

圖K,L. 糞便微生物群移植(FMT)後4周,對前 GF 受體小鼠的心臟浸潤 CD45+ 免疫細胞(K)和CD4+T細胞(L)進行計數。免疫細胞的積累僅在接受來自 B.theta 陽性患者移植的TCRM小鼠受體的心臟中顯著增加


結論

總體而言,在腸道中引發的交叉反應性 CD4 + T 細胞可進入心肌並加劇由嗜心病毒或亞臨床性心肌梗死感染引起的損害。同樣,在免疫檢查點抑制劑治療期間對自身和交叉反應性 T 細胞失去控制可能是共享特定 HLADQA1* / B1* 等位基因的患者潛在致死性心臟炎症的原因。

因此,針對遺傳易感性心肌炎患者或通過抗生素進行檢查點抑制劑治療的易感患者的微生物群可能會減輕疾病的嚴重程度,這可能有助於預防可能致命的炎症性心肌病後遺症。

關鍵字: