项目文章 | IF 38！多组学揭示肠道微生物通过调控脂肪酸代谢加剧银屑病的发病机制
银屑病是一种严重危害人类健康的皮肤特异性自身免疫性疾病。
近期，四川大学华西医院李炯团队在Signal Transduction and Targeted Therapy（IF=38.1）上，发表了题为“Intestinal dysbiosis exacerbates the pathogenesis of psoriasis-like phenotype through changes in fatty acid metabolism”的文章（点击文末“阅读原文”查看文献）。
该研究采用非靶向代谢组+16S rRNA揭示了肠道生态失调通过调控肠部脂肪酸代谢从而加剧银屑病样表型的发病机制，为银屑病的机制研究和临床治疗提供了理论基础。
研究思路
在实验前期，研究者观察到将轻症银屑病小鼠与重症银屑病小鼠共同饲养，轻症小鼠的银屑病样皮肤表型会加重。近日有相关报道和作者的前期研究均表明，肠道微生物群紊乱与银屑病的发展密切相关，因此推测银屑病的发展可能是由肠道微生物群介导的。
为此，研究者对此假设展开了一系列验证工作。他们发现，严重银屑病样皮肤表型小鼠肠道菌群的转移加剧了轻度症状小鼠的银屑病样皮肤炎症，增加了耳部皮肤Th17的浸润和淋巴结中Th17的分化。研究者通过分析发现，菌群转移增加了轻症小鼠结肠中普雷沃氏菌（Prevotella）的丰度、降低了狄氏副拟杆菌（Parabacteroides distasonis）的丰度，进而影响其脂肪酸代谢，包括增加肠部油酸和硬脂酸丰度。同时，庆大霉素治疗可显著降低K14-VEGF小鼠和咪喹莫特（IMQ）诱导的银屑病样小鼠的普雷沃氏菌丰度，缓解银屑病样症状。油酸和硬脂酸的摄入能够增加moDDCs（单核来源的DCs）的浸润，增加Th17的分化，加剧IMQ和K14-VEGF诱导的银屑病。最后作者证明，小鼠银屑病样症状的缓解伴随着肠道菌群的恢复。
实验设计
主要研究成果
1. 与6M（严重银屑病样）小鼠共饲养后，2M（轻微银屑病样）小鼠银屑病样皮肤表型加重、肠道微生物群组成和代谢物组成发生改变
共饲养实验表明，与Sep-2M小鼠相比，Co-2M小鼠在共饲养四周后具有更严重的银屑病样皮损表型（图1 a、b、c、d），Co-2M小鼠和6M小鼠的引流淋巴节（DLN）中Th17细胞的分化增加（图1 e、f），流式细胞术还检测了Th17在耳部的浸润情况（图1 h），Co-2M小鼠和6M小鼠耳部Th17浸润增加（图1 i），并且Co-2M小鼠和6M小鼠耳部IL-17A和IL-23 mRNA表达更高（图1 g、j），同时IL-17A蛋白含量显著升高。这些结果表明，IL-23/IL-17免疫轴在肠道微生物转移引起的银屑病样皮肤炎症中扮演着重要作用。
16S rRNA基因测序显示，与Sep-2M小鼠相比，Co-2M小鼠表现出总物种多样性和物种增加。此外，qPCR（图1 m、n）、FISH（图1 o、p）结果分别显示Co-2M小鼠粪便样品、结肠切片中普雷沃氏菌的相对丰度增加，而狄氏副拟杆菌的相对丰度降低。
非靶向代谢组学结果显示，Co-2M小鼠的肠道代谢物组成、代谢物丰度相似与6M小鼠相似。途径富集分析显示Sep-2M和6M小鼠之间以及Sep-2M和Co-2M小鼠之间的α-亚麻酸代谢和脂肪酸生物合成存在差异。此外，油酸的相对丰度在6M和Co-2M小鼠中显著更高；亚油酸的相对丰度在Co-2M小鼠中显著更高。这些数据表明，肠道微生物群衍生的脂肪酸代谢变化可能在银屑病样皮肤表型的发展中发挥作用。
图1 共饲养后小鼠皮肤表型和肠道微生物群的变化
2. 粪菌移植加剧了小鼠银屑病样皮肤表型，并通过改变肠道微生物群的组成增加了Th17细胞的浸润及分化
定植2个月后，移植组银屑病样皮肤炎症的严重程度明显高于对照组（图2 b、c、d、e、f）。IL-17A、S100A7和IL-23的mRNA表达增加，而移植组耳朵中的KRT10降低（图2 g、h、m）。此外，耳朵中Th17细胞的浸润和DLN中Th17细胞的分化结果显示（图2 i、j），与对照小鼠相比，移植小鼠的耳朵中Th17细胞浸润更多，DLN中Th17细胞分化更多（图2 k、l）。
16S rRNA结果显示，移植小鼠的肠道微生物组成与供体小鼠非常相似，但与对照小鼠显著不同（图2 p）。移植后，狄氏副拟杆菌的丰度减少，而普雷沃氏菌的丰度增加（图2 n、o、q）。这些结果表明，从6M到2M小鼠移植的肠道微生物群显著增加了普雷沃氏菌的丰度，并降低了狄氏副拟杆菌的丰度，从而加剧了银屑病样皮肤表型，并增加了耳朵中Th17细胞浸润。
非靶向代谢组学结果显示，移植小鼠的肠道代谢物组成与供体小鼠相似，但与对照小鼠不同。与饲养实验的结果类似，供体和对照小鼠之间以及移植小鼠和对照小鼠之间α-亚油酸代谢途径不同。移植小鼠中硬脂酸和亚油酸的丰度较高。这些结果表明，肠道微生物群衍生的脂肪酸代谢变化可能调节银屑病样皮肤表型。
图2 FMT后小鼠皮肤表型和肠道微生物群的变化
3. 给予庆大霉素能够减轻K14-VEGF小鼠以及IMQ诱导的银屑病样皮肤症状
为了验证增加的普雷沃氏菌促进了银屑病的恶化，用抗生素治疗K14-VEGF小鼠以减少普雷沃氏菌的丰度。给予庆大霉素15天后，K14-VEGF小鼠结肠内容物中普雷沃氏菌丰度显著降低，狄氏副拟杆菌的丰度增加，庆大霉素组银屑病样皮肤表型的严重程度显著低于对照组。此外，作者在IMQ诱导的银屑病样皮损小鼠模型中验证了这一点，给予庆大霉素可缓解银屑病样症状的发病进程，降低普雷沃氏菌的丰度，而增加小鼠结肠内容物中狄氏副拟杆菌的丰度。这些结果表明，给予庆大霉素消耗了普雷沃氏菌，从而减轻了K14-VEGF和IMQ诱导的小鼠银屑病样皮损模型小鼠的发病进程。
4. 游离脂肪酸的摄入加重了2M K14-VEGF小鼠银屑病样皮肤表型的发病进程
油酸和硬脂酸摄入后，加重了小鼠银屑病样症状，包括S100A7的mRNA表达增加，KRT10的mRNA表达降低。在游离脂肪酸摄入小鼠的耳朵中，单核细胞和单核细胞衍生的DC（moDDCs）的数量显著增加。此外，IL-23的mRNA表达在游离脂肪酸摄入小鼠中增加。为了探究油酸和硬脂酸对DCs的调控，该研究还在体外对DCs进行了油酸和硬脂酸刺激实验。ELISA结果表明，用油酸和硬脂酸刺激可增加moDDCs中IL-23的分泌。另外还在IMQ诱导的银屑病样皮损小鼠模型中验证了这一点。
5. PDE-4抑制剂可缓解小鼠的银屑病样症状，并恢复肠道菌群组成
为了研究银屑病样表型的缓解是否伴随着肠道微生物群的恢复，作者用阿普斯特（一种PDE-4抑制剂）治疗K14-VEGF小鼠。PDE-4抑制剂的治疗缓解了K14-VEGF小鼠银屑病样表型，并伴有肠道菌群的恢复，包括普雷沃氏菌的减少和狄氏副拟杆菌的增加。
总 结
综上所述，肠道微生物群衍生的油酸和硬脂酸水平增加使DC激活，增加IL-23表达和Th17的分化，皮损区浸润增加的Th17和分泌增多的IL-17加剧了K14-VEGF和IMQ诱导小鼠银屑病样皮肤表型的发病进程（图3）。本研究结果揭示了肠道微生物群调节小鼠宿主代谢和银屑病样皮肤炎症，为银屑病的临床诊断和治疗提供了新的靶点。
图3 银屑病小鼠的肠道微生物群、脂肪酸与发病机制之间的关系示意图
科技君点睛
多组学关联能弥补单一组学数据缺失、噪音干扰等因素带来的问题，减少单一组学分析带来的假阳性，更有利于对生物体进行表型和调控机制的深入研究。
该研究采用代谢组和微生物组联合分析，在银屑病小鼠模型中发现肠道菌群失调可通过改变脂肪酸代谢，增加油酸及硬脂酸的丰度，促进Th17细胞浸润，从而恶化银屑病样症状。
该研究中，四川大学华西医院生物治疗国家重点实验室的李炯研究员/教授为文章的通讯作者，课题组成员赵启翔（现北京大学基础医学院博士）、余嘉东博士、周红博士、王小琰博士为文章的共同第一作者。
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原文链接（点击文末“阅读原文”即可查看）：
https://doi.org/10.1038/s41392-022-01219-0
供稿：翎儿
编辑：市场部
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