结肠γδ T细胞上的Dectin-1信号促进心理社会应激反应

Dectin-1 signaling on colonic γδ T cells promotes psychosocial stress responses

作者信息Xiaolei Zhu, Shinji Sakamoto, Chiharu Ishii, Matthew D Smith, Koki Ito, Mizuho Obayashi, Lisa Unger, Yuto Hasegawa, Shunya Kurokawa, Taishiro Kishimoto, Hui Li, Shinya Hatano, Tza-Huei Wang, Yasunobu Yoshikai, Shin-Ichi Kano, Shinji Fukuda, Kenji Sanada, Peter A Calabresi, Atsushi Kamiya
PMID36941398
发布时间2023-04
DOI10.1038/s41590-023-01447-8

实验完整度

高

研究包含微生物组测序(小鼠宏基因组及人类16S)、流式细胞术、免疫组化、转基因小鼠模型、细胞过继转移、药理学干预及行为学测试等多层级验证,并涉及功能验证和机制验证。

主要模型

C57BL/6小鼠 TCRd-KO小鼠 Clec7a-/-(dectin-1敲除)小鼠 抑郁症患者队列

重点核对

CSDS模型:雄性C57BL/6小鼠暴露10天,每日10分钟社交挫败,随后进行三箱社交互动测试 L. johnsonii La1处理:口服1×10^9 CFU,从CSDS前10天开始至CSDS结束 Pachyman处理:口服200 mg/kg,每日一次,每次在社交挫败前1小时给予 抗TCR-γδ抗体处理:腹腔注射50 μg,CSDS开始前1天给予 γδ T细胞过继转移:静脉注射1×10^6细胞,CSDS开始前1天和第5天各一次

摘要

肠道免疫系统与共生微生物群相互作用以维持肠道稳态。此外,应激会改变微生物组的组成,导致脑功能受损;然而,肠道免疫系统如何介导这些效应仍不清楚。在此,我们报道结肠γδ T细胞通过dectin-1信号调节对慢性社会应激的行为易感性。我们表明,特定乳杆菌物种的减少(这些物种参与T细胞分化以保护宿主免疫系统)有助于应激诱导的社交回避行为,这与我们在抑郁症患者中的观察结果一致。应激易感行为源于结肠白细胞介素(IL)-17产生的γδ T细胞(γδ17 T细胞)分化增加及其在脑膜中的积聚。这些应激易感的细胞和行为表型由dectin-1(一种在γδ T细胞中表达的先天免疫受体)因果介导。我们的结果强调了肠道γδ17 T细胞在调节心理应激反应中先前未被认识的作用,以及dectin-1作为治疗应激诱导行为潜在靶点的重要性。

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
慢性社会应激如何通过肠道免疫系统(特别是γδ T细胞)介导行为异常?
核心机制
慢性社会应激导致结肠L. johnsonii减少,促进结肠γδ T细胞中dectin-1表达上调,进而增加γδ17 T细胞分化,这些细胞迁移至脑膜,促进社交回避和快感缺失等应激易感行为。
主要证据
CSDS小鼠结肠和脑膜中γδ17 T细胞频率增加,L. johnsonii La1处理逆转该表型;TCRd-KO及dectin-1 KO小鼠对应激行为具有抵抗性;γδ T细胞过继转移实验证实结肠γδ17 T细胞迁移至脑膜并介导行为变化。
研究意义
本研究揭示了肠道γδ17 T细胞在心理应激反应中的新作用,并指出dectin-1作为治疗应激诱导行为的潜在药物靶点。

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

构建慢性社交挫败应激模型并区分应激易感和应激抵抗小鼠

建立CSDS小鼠模型,并根据社交互动测试将小鼠分为应激易感和应激抵抗组,以便后续比较。

雄性C57BL/6小鼠暴露于CD-1攻击者小鼠10天,每日10分钟,之后进行三箱社交互动测试,基于社交互动比率区分易感(<1.0)和抵抗(≥1.0)小鼠。

2

肠道菌群分析

分析CSDS小鼠及MDD患者的肠道微生物组成,探究菌群变化与行为的相关性。

对CSDS小鼠粪便进行全基因组鸟枪法宏基因组测序,分析物种和菌株水平变化;对MDD患者及健康对照粪便进行16S rRNA基因测序,并分析Lactobacillus丰度与临床评分的相关性。

3

检测结肠和脑膜γδ T细胞变化

探究CSDS对结肠和脑膜γδ T细胞频率及γδ17分化是否具有特异性影响。

使用流式细胞术和免疫组化检测结肠固有层及脑膜中γδ T细胞和γδ17 T细胞的频率和数量,并分析Vγ亚型组成。

4

验证L. johnsonii La1的作用

验证L. johnsonii La1是否足以逆转CSDS诱导的γδ T细胞变化及社会回避行为。

在CSDS期间口服给予L. johnsonii La1,检测结肠γδ T细胞频率及行为学表现。

5

抑制外周γδ T细胞

确定外周γδ T细胞是否是CSDS诱导的脑膜γδ T细胞积聚及行为异常所必需。

通过腹腔注射抗TCR-γδ抗体(UC7-13D5)或同型对照,检测结肠和脑膜γδ T细胞频率及行为学改变(包括社会互动、蔗糖偏好、旷场和十字迷宫)。

6

γδ T细胞过继转移

确定γδ17 T细胞是否足以在TCRd-KO小鼠中介导CSDS诱导的行为缺陷。

从IL-17 GFP小鼠中分离γδ T细胞,过继转移至TCRd-KO小鼠,在CSDS前及第5天注射,检测脑膜中GFP+ γδ17 T细胞积聚及社交回避行为。

7

验证dectin-1的因果作用

确定dectin-1在γδ T细胞中的表达是否介导CSDS诱导的γδ17分化和行为异常。

使用dectin-1敲除(Clec7a-/-)小鼠及其野生型对照进行CSDS,检测结肠γδ T细胞频率及行为;另外,将WT或dectin-1-KO γδ T细胞过继转移至TCRd-KO小鼠,观察行为差异。

8

药理学干预dectin-1

探究Pachyman(dectin-1配体)是否通过dectin-1信号抑制CSDS诱导的γδ17分化和行为缺陷。

在CSDS期间口服给予Pachyman或载体,检测结肠γδ T细胞频率及行为(包括社会互动和蔗糖偏好测试)。

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
C57BL/6J小鼠Jackson Laboratories--
TCRd敲除小鼠Jackson Laboratories--
BD Difco乳杆菌MRS肉汤Fisher Scientific--
茯苓多糖Megazyme--
PowerSoil pro试剂盒QIAGEN--
Nextera XT文库制备试剂盒Illumina--
Qubit 4.0荧光计ThermoFisher--
HiSeq 4000系统Illumina--
Quick-DNA粪便/土壤微生物小提试剂盒Zymo ResearchD6010
PowerUp SYBR Green预混液Applied BiosystemsA25741
ACK裂解缓冲液Quality Biological--
胶原酶DMillipore Sigma--
PercollGE Healthcare--
MACSQuant Analyzer 10流式细胞仪Miltenyi Biotec--
FlowJo软件BD Biosciences--
冷冻切片机LeicaCM
共聚焦显微镜LSM700Carl Zeiss--
γδ T细胞分离试剂盒Miltenyi Biotec--
抗TCR-γδ抗体(UC7-13D5)BioXCell--
TopScan 3.0CleverSys--
Ethovision XT 11.0Noldus--
抗CD16/CD32抗体BioLegend--
抗CD3抗体BioLegend--
抗CD4抗体BioLegend--
抗CD8a抗体BioLegend--
抗TCR-β抗体BioLegend--
抗TCR-γδ抗体BioLegend--
抗CD45抗体Invitrogen--
抗CD11b抗体BioLegend--
抗CX3CR1抗体BioLegend--
抗dectin-1抗体Abcam--
抗Ly6C抗体BioLegend--
抗MHC-II抗体BioLegend--
抗Vγ6抗体----
抗Vγ7抗体BioLegend--
抗FOXP3抗体Invitrogen--
抗IL-1β抗体Invitrogen--
抗IL-17a抗体Invitrogen--
抗IL-23 p19抗体Invitrogen--
7-AAD活力染色液Invitrogen--
FITC标记抗TCR-γδ抗体Abcamab118864
抗TCR-γδ抗体BioLegend118101
抗GFP抗体Nacalai04404-84
DAPIRoche10236276001
抗laminin抗体Millipore SigmaL9393
HistoVT One抗原修复液Nacalai Tesque06380-05
L. johnsonii La1----

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
CSDS模型
小鼠品系、性别、年龄、社交挫败天数、每日攻击时间、攻击者品系(CD-1)、是否使用雌性小鼠专用CSDS方案
阅读提示:Methods - CSDS
肠道菌群分析
粪便样本收集时间、DNA提取试剂盒、测序平台(小鼠宏基因组:HiSeq 4000;人类16S:MiSeq)和数据分析流程
阅读提示:Methods - Mouse fecal sample collection and DNA extraction; Metagenomic sequencing and analysis; 16S rRNA gene sequencing
La1处理
La1菌株购买来源、培养条件(MRS肉汤、37°C、20小时)、给药剂量(1×10^9 CFU)、给药途径(口服)和给药时间(CSDS前10天至CSDS结束)
阅读提示:Methods - La1 treatment
Pachyman处理
Pachyman来源(Megazyme)、纯度(>98%)、剂量(200 mg/kg)、给药途径(口服)、给药时间(每日一次,社交挫败前1小时)
阅读提示:Methods - Pachyman treatment
抗TCR-γδ处理
抗体克隆(UC7-13D5)、剂量(50 μg/只)、给药途径(腹腔注射)、给药时间(CSDS开始前1天)
阅读提示:Methods - Anti-TCR-γδ treatment
γδ T细胞过继转移
γδ T细胞来源小鼠(IL-17 GFP或dectin-1 KO及WT)、分离方法(磁珠分选)、注射细胞数(1×10^6)、注射途径(静脉注射)、注射时间(CSDS开始前1天和第5天)
阅读提示:Methods - Isolation of γδ T cells and adoptive transfer
行为测试
三箱社交互动测试的社交互动比率阈值(<1.0为易感)、蔗糖偏好测试的蔗糖浓度(1.5%)、旷场测试的持续时间(30分钟)、高架十字迷宫测试的时长(5分钟)
阅读提示:Methods - Three-chamber social interaction test; Sucrose preference test; Open field test; Elevated plus maze test