化学遗传学筛选揭示Trpv1+神经元控制肠道调节性T细胞

A chemogenetic screen reveals that Trpv1-expressing neurons control regulatory T cells in the gut

作者信息Yangyang Zhu, Kimberly A Meerschaert, Silvia Galvan-Pena, Na-Ryum Bin, Daping Yang, Himanish Basu, Ryo Kawamoto, Amre Shalaby, Stephen D Liberles, Diane Mathis, Christophe Benoist, Isaac M Chiu
PMID39088603
期刊Science
发布时间2024-08
DOI10.1126/science.adk1679

实验完整度

高

包括化学遗传学激活八种神经元进行体内筛选、深度免疫表型分析、微生物组分析和单细胞转录组学,并通过基因敲除、药理学和神经解剖学方法进行功能验证和机制验证。

主要模型

小鼠(C57BL/6J及多种Cre转基因系) 背根神经节(DRG)Trpv1+神经元 肠道免疫细胞(包括RORγ+ Treg细胞)

重点核对

Cre转基因小鼠品系(8种)及CNO给药方案 AAV.PhP.S-hSyn-DIO-hM3Dq-mCherry病毒载体 Trpv1+神经元消融(RTX)及CGRP-Ramp1轴阻断 DSS诱导结肠炎和柠檬酸杆菌感染模型

摘要

神经免疫串扰参与肠道组织稳态和宿主防御。然而,分子定义的神经元亚群与免疫细胞谱系之间的相互作用矩阵仍不清楚。我们利用化学遗传学方法激活八个不同的神经元亚群,通过深度免疫表型分析、微生物组分析和肠道器官中的免疫细胞转录组学评估效应。神经元激活后出现明显的免疫扰动:Nos1+神经元调节Th17样细胞,Chat+神经元调节中性粒细胞。Trpv1+神经元引发最广泛的免疫调节,诱导先天淋巴细胞、巨噬细胞和RORγ+调节性T(Treg)细胞的变化。进一步的神经解剖学、遗传学和药理学分析表明,背根神经节中的Trpv1+神经元通过神经肽CGRP减少Treg细胞数量。鉴于这些神经元在伤害感受中的作用,这些数据可能将疼痛信号与肠道Treg功能联系起来。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
肠道中不同神经元亚群如何调节肠道免疫细胞群体?
核心机制
Trpv1+背根神经节神经元通过释放神经肽CGRP,作用于RORγ+ Treg细胞上的RAMP1受体复合物,导致RORγ+ Treg细胞数量减少。
主要证据
化学遗传学激活Trpv1+神经元导致肠道RORγ+ Treg细胞减少,而敲除Calca(CGRPα)或Treg特异性敲除Ramp1可消除该效应;DRG神经元消融(RTX)亦阻断该效应。
研究意义
本研究揭示疼痛信号与肠道Treg功能的潜在联系,为慢性疼痛和肠道炎症的神经免疫调节提供新视角。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

化学遗传学筛选

系统性筛选不同神经元亚群对肠道免疫细胞的影响

利用AAV.PhP.S-hSyn-DIO-hM3Dq-mCherry病毒和8种Cre转基因小鼠,在新生小鼠体内表达DREADD,成年后通过CNO激活特定神经元,进行免疫表型分析。

2

免疫表型与微生物组分析

评估神经元激活对肠道免疫细胞和微生物组的影响

通过流式细胞术分析肠道各段免疫细胞,通过16S rDNA测序分析肠道菌群组成。

3

Trpv1+神经元调节Treg细胞的机制研究

确定Trpv1+神经元调节肠道Treg细胞的解剖位置和分子机制

通过基因敲除(Tac1-/-,Calca-/-)、药理阻断(BIBN4096)、Treg特异性Ramp1敲除和DRG/NG特异性注射病毒,验证DRG Trpv1+神经元通过CGRP-Ramp1轴调控RORγ+ Treg细胞。

4

功能验证

验证Trpv1+神经元激活导致的Treg减少是否影响肠道炎症

使用DSS诱导结肠炎和柠檬酸杆菌感染模型,评估疾病严重程度。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
胶原酶VIIISigma--
脱氧核糖核酸酶ISigma--
胶原酶IIGibco--
分散酶Gibco--
zombie活/死染料BioLegend--
eBioscience固定/破膜缓冲液eBioscience--
eBioscience破膜缓冲液eBioscience--
氯氮平-N-氧化物Tocris4936
树脂毒素Alamone labsR-400
BIBN4096Torcis4561
硫酸葡聚糖钠盐Thermo Scientific--
柠檬酸杆菌DBS100菌株ATCC51459
QIAquick PCR纯化试剂盒Qiagen--
Qubit dsDNA HS检测Thermo Fisher--
10X Chromium仪器10X Genomics--
Chromium单细胞3'试剂盒v210X Genomics--
Ti2转盘共聚焦显微镜Nikon--
Stellaris 8 FALCON CFS系统Leica--
Symphony流式细胞仪BD Biosciences--
405nm蓝紫色激光器----
ZIBRA光纤内窥镜ZIBRA Corporation--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
化学遗传学激活
病毒类型、剂量、注射途径、注射年龄;CNO浓度、给药频率和持续时间
阅读提示:Materials and Methods: Systemic and targeted viral DREADD expression and chemogenetic activation
免疫表型分析
抗体克隆、染色方案、流式细胞仪设置;肠道组织处理(酶消化、红细胞裂解等)
阅读提示:Materials and Methods: Flow cytometry
DRG/NG靶向
病毒注射部位(颈静脉节或鞘内)、病毒体积和滴度、注射后恢复时间
阅读提示:Materials and Methods: Systemic and targeted viral DREADD expression and chemogenetic activation
RTX消融
RTX剂量、注射途径、注射天数、车辆对照
阅读提示:Materials and Methods: Trpv1+ DRG neuron ablation
DSS结肠炎
DSS浓度、给予方式(饮水中)、持续时间、监测指标(体重、组织学评分)
阅读提示:Materials and Methods: DSS induced colitis
C. rodentium感染
菌株、感染剂量、感染途径、监测时间点、组织细菌载量测定方法
阅读提示:Materials and Methods: Citrobacter rodentium infection