Cell Press封面文章：清华大学胡小玉课题组揭示肠道上皮细胞通过营养感知信号调节宿主防御的新机制

2019年5月8日，清华大学免疫学研究所胡小玉课题组在Cell Press细胞出版社旗下期刊Cell Host & Microbe发表题为 “Nutrient sensing by the intestinal epithelium orchestrates mucosal antimicrobial defense via translational control of Hes1” 的封面文章。

该论文报道了哺乳动物肠道上皮细胞通过营养感知信号mTOR控制Hes1蛋白翻译来调节肠道α‑防御素的生物活性，进而保护机体抵抗肠道病原菌感染这一代谢-免疫调控环路，揭示了营养感知信号与宿主防御功能在肠道上皮细胞中相互协调作用的生物学意义。Cell Host & Microbe期刊同期以“Carving a Niche for Antibacterial α-Defensins when Craving”为标题配发了一篇评论文章。

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对于哺乳动物而言，饥饿与感染等因素严重威胁个体生存乃至种群延续。在长期进化过程中，那些在饥饿导致的营养匮乏状态下仍能维持相对正常免疫防御功能的个体将具有显著的存活优势。于是在应对饥饿和感染等威胁中，机体新陈代谢与免疫防御系统之间发展出多层次多结点的高度协同作用。近年来许多研究发现，经典免疫细胞如T细胞和巨噬细胞能够整合多种营养介导的分子信号来调控细胞代谢，进而影响免疫功能。肠道上皮细胞作为肠道免疫防御系统的第一道防线，在抵抗肠道病原菌感染过程中发挥了重要作用。在生物体内，胃肠道最先感知营养波动，其中位于肠腔侧的单层肠道上皮细胞尤为关键。与已知的营养信号调控经典免疫细胞功能相比，营养信号如何调控肠道上皮细胞免疫功能并保护机体抵抗肠道病原菌感染尚不清楚。

本文的发现揭示了哺乳动物通过营养感知信号调控肠道上皮细胞抗菌防御功能这一现象并进一步阐述了其分子机制。该研究显示小鼠持续饥饿后，肠道各种抗菌肽表达经过了显著的重新洗牌，matrix metalloproteinase 7 (MMP7)激活的成熟α-defensins经过短暂的下降后又恢复了高度激活的状态，而其他抗菌蛋白水平则持续大量减少。这些结果表明，与营养充足的状态相比，营养缺失造成肠道抗菌肽谱的剧烈变化。在营养匮乏状态下，持续活化的α-defensins可以帮助机体抵抗肠道病原菌的入侵。转录组学和翻译组学等机制研究显示，营养缺失过程中MMP7-α-defensins轴线的回补依赖于肠道上皮细胞mTOR信号介导的Hes1蛋白翻译调控。饥饿状态导致Hes1蛋白水平显著下调，从而抵消了Hes1对转录活化因子Atoh1的转录抑制, 间接导致Mmp7基因表达上调以及α-defensins活化状态的维持。该研究提示了饥饿状态下mTOR-Hes1-Atoh1-Mmp7-α-defensins轴线对于宿主抵抗肠道病原菌入侵具有至关重要的作用，并揭示了Hes1作为重要表达调控分子参与肠道Metabolism-Translation-Transcription抗菌防御环路的轴心作用。有意思的是，在饥饿状态下提供氨基酸等物质会打乱此机体内在防御环路，反而削弱肠道抗菌免疫功能，提示代谢与免疫之间错综复杂的交互作用。

本研究的意义主要有以下两方面：1）该研究首次将哺乳动物肠道上皮细胞的营养感知系统与宿主防御功能联系起来，将代谢免疫研究拓展到了肠道上皮细胞领域；2）该研究暗示了这种营养感知信号调控抗菌防御的作用机制在哺乳动物进化过程中的生物学意义，为更好地理解宿主与微生物协同进化提供了线索。

肠道上皮细胞通过营养感知信号调节抗菌防御反应

清华大学免疫学研究所胡小玉课题组从2014年开始，就将揭示肠道上皮细胞维持免疫稳态的作用机制作为重点研究方向之一。科学问题之一是肠道上皮细胞如何应对肠道微生物的入侵和感染，前期研究发现肠道上皮细胞表达的Hes1通过调节黏膜微环境来维持共生菌菌群平衡的作用机制，此次报道的研究是课题组对肠道上皮细胞维持肠道稳态研究的延续，同时也为今后继续系统深入地研究肠道上皮细胞的代谢与免疫功能互作奠定了坚实基础。

关于 胡小玉课题组

胡小玉实验室隶属清华大学免疫学研究所，现有研究团队包括12位博士研究生和2位博士后，以90后为主，年轻但志向高远。主要研究领域是巨噬细胞与肠道上皮细胞活化与功能调控的分子机制，具体包括：巨噬细胞功能性极化的调控机理；组织特异性巨噬细胞功能研究；巨噬细胞活化的代谢调控基础；单核/巨噬细胞在自身免疫及炎症性疾病中的作用；以及肠道上皮细胞防御与炎症功能的研究。希望通过运用新型基因组学等先进手段发现调控天然免疫细胞功能的新通路，并针对自身免疫病等疾病架起基础免疫与临床问题之间的桥梁。

相关论文信息

论文原文刊载于Cell Press细胞出版社旗下期刊Cell Host & Microbe上，点击“阅读原文”或扫描下方二维码查看论文

论文标题：

Nutrient Sensing by the Intestinal Epithelium Orchestrates Mucosal Antimicrobial Defense via Translational Control of Hes1

论文网址：

https://www.cell.com/cell-host-microbe/fulltext/S1931-3128(19)30164-7

DOI:

https://doi.org/10.1016/j.chom.2019.03.012

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