肠道淋巴结的区室化引流决定适应性免疫应答

Compartmentalized gut lymph node drainage dictates adaptive immune responses.

作者信息Daria Esterházy, Maria C C Canesso, Luka Mesin, Paul A Muller, Tiago B R de Castro, Ainsley Lockhart, Mahmoud ElJalby, Ana M C Faria, Daniel Mucida
PMID30988509
期刊Nature
发布时间2019-05
DOI10.1038/s41586-019-1125-3

实验完整度

高

包含体内小鼠模型、体外细胞分选RNA-seq、3D成像、手术切除、感染模型及功能验证

主要模型

SPF与GF C57BL/6小鼠 CD45.1 OT-II TCR转基因小鼠 SFB特异性7B8tg CD4+ T细胞过继转移模型 S. venezuelensis感染小鼠模型

重点核对

gLN引流区域划分:D、I、C-gLN分别对应十二指肠、回肠、结肠引流 OT-II细胞过继转移数量:1×10^6个naïve CD45.1+ OT-II细胞 OVA灌胃剂量:50 mg OVA(grade III)于200 μl PBS,间隔24 h两次 SFB单定植后8天检测gLN中RORγt+CD4+ T细胞频率 S. venezuelensis感染剂量:700条幼虫皮下注射,感染后8天取材

摘要

肠道免疫系统面临着艰巨的任务:既要耐受外来营养物质和共生微生物组,又要排除或清除摄入的病原体。这种平衡的失败会导致严重疾病,如炎症性肠病(IBD)、食物过敏或侵袭性胃肠道感染。因此,多种免疫机制被用来维持组织完整性,包括效应T(TH)细胞和FOXP3+调节性T(pTreg)细胞的平衡产生,前者介导对病原体的抵抗,后者调节过度的免疫激活。肠道引流淋巴结(gLNs)是协调对腔内扰动适应性免疫的关键部位。然而,它们如何同时支持耐受性和炎症性反应尚不完全清楚。在此我们报道,gLNs根据其引流的肠道片段在免疫学上是独特的。基质细胞和树突状细胞的基因特征以及对相同腔内抗原的T细胞极化在gLNs之间存在差异,近端小肠引流的gLNs优先产生耐受性T细胞应答,而远端gLNs优先产生促炎性T细胞应答。这种分离使得在结肠感染期间可以靶向远端gLNs进行疫苗接种并维持十二指肠pTreg细胞诱导。相反,手术切除选定的远端gLNs和十二指肠感染会扰乱这种区室化二分性,影响淋巴器官和组织免疫应答。我们的发现揭示了耐受性和炎症性肠道反应之间的冲突部分通过离散的gLN引流得以解决,并鼓励针对肠道片段特异性抗原靶向用于治疗性免疫调节。

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
肠道引流淋巴结如何同时支持对腔内抗原的耐受性和炎症性适应性免疫应答?
核心机制
gLNs根据引流的肠道片段在免疫学上独特,近端小肠引流gLNs的基质细胞和DC特征偏向耐受性,远端gLNs偏向促炎性,从而通过解剖学分离解决耐受与炎症冲突。
主要证据
通过3D成像、染料示踪、RNA-seq分析LECs/FRCs/DC、OT-II细胞过继转移及OVA灌胃、SFB定植、S. venezuelensis感染和gLN手术切除等实验,发现pTreg诱导沿近端到远端递减梯度,而RORγt+ TH和pTreg呈递增梯度;远端gLN切除改变SFB特异性TH17应答;十二指肠感染损害口服耐受。
研究意义
揭示肠道免疫系统通过gLN区室化同时处理调节性与促炎性反应的机制,提示可针对肠道片段特异性抗原靶向用于治疗性免疫调节,如远端gLN靶向用于肠道疫苗接种,近端十二指肠途径用于诱导对促炎抗原的耐受。

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

肠道淋巴引流成像与示踪

验证不同gLNs引流特定肠道片段且淋巴保持区室化

对溶剂透明化组织进行LYVE-1抗体染色3D成像,向gLN或肠肌层注射Fast Green染料追踪引流

2

gLN基质细胞和DC转录组分析

探究不同gLN引流区域基质细胞和DC的基因表达差异

从D、I、C-gLN分选LECs、FRCs及CD103+CD11b+和CD103+CD11b– DC进行RNA-seq和PCA分析

3

OT-II细胞过继转移与抗原灌胃

检测不同gLN中CD4+ T细胞极化的差异

过继转移naïve CD45.1+ OT-II细胞后OVA灌胃,分析gLN中FOXP3+ pTreg和RORγt+细胞频率

4

肠道原位抗原注射与感染模型

验证十二指肠与回肠注射抗原诱导不同T细胞应答及对病原体感染的影响

手术将OVA或OVA+CT注射入十二指肠或回肠,随后进行Stm-OVA感染并监测体重和细菌播散

5

gLN手术切除与SFB特异性T细胞应答

验证远端gLN在SFB特异性TH17应答中的作用

手术切除I-和C1-gLN,过继转移SFB特异性7B8tg细胞,分析gLN和肠道中RORγt+细胞

6

十二指肠感染与口服耐受模型

验证十二指肠感染是否破坏局部pTreg诱导和系统性口服耐受

S. venezuelensis感染后过继转移OT-II细胞并OVA灌胃,分析D-gLN中FOXP3+细胞;随后进行OVA-alum免疫和气道挑战,检测BALF嗜酸性粒细胞和OVA特异性IgG1

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
苄醚Sigma108014
固绿FCFSigmaF7252
Pluronic L-81Sigma435430
卵清蛋白(III级)SigmaA5378
卵清蛋白(VI级)SigmaA2512
霍乱毒素List Biological Laboratories100B
抗CD25抗体BD563061
抗CD45.1抗体BD563982
抗CD45.2抗体BD560693
抗CD103抗体BD557495
抗RORγt抗体BD562894
抗FOXP3抗体eBioscience12-5773-82
抗GATA3抗体eBioscience12-9966-42
抗MHCII抗体eBioscience46-5321-82
抗CD11b抗体Biolegend101236
抗TCRβ抗体Biolegend109220
Aqua LIVE/DEAD可固定Aqua死细胞染色试剂盒Life TechnologiesL-34965
Cell Trace CFSE细胞增殖试剂盒Life TechnologiesC34554
Cell Trace Violet细胞增殖试剂盒Life TechnologiesC34557
泛树突状细胞分离试剂盒Miltenyi Biotec130-100-875
Aldefluor试剂盒STEMCELL Technologies--
RNAClean XP磁珠AgentcourtA63987
Nextera XT DNA文库制备试剂盒IlluminaFC-131-1002
Quick-DNA粪便/土壤微生物微量制备试剂盒Zymo ResearchD6010
Power SYBR Green PCR预混液Applied Biosystems4367659
Imject明矾佐剂Fisher Scientific--

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
gLN引流区域划分
D、I、C-gLN的解剖定位标准:D-gLN通过灌胃橄榄油后观察乳糜包围最靠近胃的淋巴结确定;I和C-gLN通过追踪连接肠道与淋巴结的淋巴管确定
阅读提示:Methods 'Segmentation of gut-draining lymph nodes'小节及Extended Data Fig. 1
OT-II细胞过继转移与OVA灌胃
细胞数量1×10^6、转移途径(眼后静脉注射)、OVA剂量50 mg/200 μl PBS、灌胃两次间隔24 h、分析时间64 h
阅读提示:Methods 'Adoptive T cell transfer'和'Oral antigen administration'小节,Fig. 2f图注
肠道原位CT-OVA注射
OVA 50 mg+CT 5 μg于100 μl PBS、注射位点(十二指肠距幽门5 mm,回肠距最远端Peyer结5 mm)、针头28½ G、手术麻醉和术后护理方案
阅读提示:Methods 'Intestinal CT-OVA injection'小节,Fig. 3a图注
SFB定植与7B8tg细胞转移
SFB定植方式(两次灌胃0.4 ml盲肠内容物,间隔24 h)、7B8tg细胞数量4×10^5、转移后64 h分析、gLN切除术后19天进行转移
阅读提示:Methods 'SFB colonization'和'Lymph node surgery'小节,Fig. 3f,g图注
S. venezuelensis感染与口服耐受
感染剂量700条幼虫皮下注射、感染后8天进行OT-II转移和OVA灌胃、OVA-alum免疫方案(4 μg OVA吸附40 μl明矾佐剂i.p.,两次间隔7天)、气道挑战剂量10 μg OVA grade VI鼻内给药于第14、17、21天
阅读提示:Methods 'S. venezuelensis passage and infection'和'Alum immunization and airway challenge'小节,Fig. 4j-m图注