研究速递|微生物群衍生的肽模拟物可导致致命的炎性心肌病

研究速递|微生物群衍生的肽模拟物可导致致命的炎性心肌病

近日, 国际顶级方法学期刊《Science》发表了一篇由瑞士免疫生物研究所的研究成成果:Microbiota-derived peptide mimics drive lethal inflammatory cardiomyopathy(微生物群衍生的肽模拟物可导致致命的炎性心肌病),此项研究表明针对遗传易感性心肌炎患者或通过抗生素进行检查点抑制剂治疗的易感患者的微生物群可能会减轻疾病的严重程度,这可能有助于预防可能致命的炎症性心肌病后遗症。

摘要

心肌炎可通过肌球蛋白重链6特异性 T 辅助细胞 (TH)1 和 TH17 细胞的慢性刺激发展为炎症性心肌病。然而,控制心脏特异性 T 细胞心脏毒性编程的机制仍然难以捉摸。

研究人员使用自发性自身免疫性心肌炎的小鼠模型,表明心肌炎向致死性心脏病的进展依赖于由共生拟杆菌肽模拟物在肠道中留下印记的心肌肌球蛋白特异性 TH17 细胞。通过抗生素治疗成功地预防了小鼠的致死性疾病,以及在人心肌炎患者中观察到的拟杆菌特异性 CD4+T 细胞和B细胞反应显著升高,都表明来自共生细菌的模拟肽可以促进遗传易感性个体的炎症性心肌病。通过操纵微生物群抑制心脏毒性 T 细胞的能力,从而将炎症性心肌病转变为可靶向的疾病。

背景

心肌炎期间的急性免疫激活与针对肌球蛋白重链 6 (MYH6) 的自身免疫反应的产生有关。随后的MYH6 特异性辅助性 T 细胞 (TH)1 和 TH17 细胞的慢性刺激诱发炎症性心肌病。

自身免疫性和慢性炎症性疾病的进行性是由遗传易感性和独特的环境条件决定的。炎症性心肌病的易感性可与 HLA-DQB1* 多态性有关,而病原体感染使患者易患主要组织相容性复合体(MHC)II类限制性T细胞,这是由于心肌细胞的死亡和自身抗原的过度呈递导致的。

另外,微生物成分的抗原模拟也可能导致这些疾病。为了评估心脏特异性T细胞是否与微生物组成发生交叉反应,研究人员使用了在其 CD4+T 细胞(TCRM)的 95% 以上的表达 MYH6-特异性T细胞受体的转基因小鼠。

主要结果

1、自身免疫性心肌炎向扩张型心肌病的微生物依赖性转变。微生物群的存在促进了心脏特异性CD4+T 细胞中 TH17 表型的印记,并有利于髓样细胞在 TCRM 小鼠心肌中的积累。

图A. TCRM 小鼠在 SPF(无特定病原体动物)或 GF 条件下的存活率。所有 TCRM 小鼠都发生了自发性自身免疫性心肌炎,约 50% 的小鼠在 SPF 条件下发展为致命性心肌病,但是缺少共生菌群的 GF 条件下小鼠则会发展为致命性心肌病的结果。

图B. 12 周龄的 SPF 条件和 GF 条件下的 TCRM 小鼠的心脏大体病理。标尺(4mm)

图C. 12 周龄 TCRM 小鼠在 SPF 条件和 GF 条件下的心脏组织学分析。使用 HE 和 EVG 染色。标尺(100mm)

图D. SPF 和 GF 条件下 4 周龄和 12 周龄 TCRM 小鼠的组织病理学疾病严重程度。圆点表示单个小鼠的值,线条表示中间值。ns 表示无显著统计学意义。

图E-G. 在单个小鼠中测定的 SPF 和 GF 条件下 TCRM 小鼠和转基因阴性对照组 (Tg-) 的超声心动图参数,射血分数 (图E),缩短分数 (图F) 和收缩左心室内径 (图G ,LVID sys)。尽管有低水平的心脏炎症,但 GF TCRM 小鼠的心脏功能正常。

图H-Q. 从 4 周 (CoH 4 wk) 或 8 周 (CoH 8 wk) 开始, GF 条件下 TCRM 小鼠被转移到 SPF条件下,并与 SPF 条件下 TCRM 小鼠同住,直到分析。作为比较,使用 GF 或 SPF 条件下的TCRM小鼠。(图H)前瞻性生存分析,箭头指示转移到SPF条件的年龄。(图I)组织病理学疾病进展。心脏浸润细胞计数:CD45+ 细胞(图J),肌球蛋白特异性 CD4+T 细胞 (图K),白细胞介素-17-(图L),IFN-g- 产生心脏浸润 MYH6 特异性 CD4+T 细胞 (图M)。转移后 GF TCRM 小鼠显著加剧心脏炎症。

图N-Q. 用流式细胞术分析心脏浸润髓细胞亚群。(图N)SPF 条件下 TCRM 小鼠心脏中CD11b+ ly6g 细胞的典型t-分布随机相邻嵌入 (t-SNE) 图;(图O)炎症性单核细胞;(图P)MHCII 巨噬细胞;(图Q)CD11b-CCR2- 驻留在心脏的巨噬细胞。共生菌群的存在增加了TH1和TH17 心脏特异性 CD4+ T 细胞的比例,并促进了炎症性骨髓细胞在心脏组织中的积累。

2、MYH6特异性CD4+T细胞与肠道微生物群的相互作用。心脏特异性的CD4+T细胞可以塑造结肠微生物群落,并且不同的细菌群落(在本例中为拟杆菌)提供了可以激活MYH6特异性CD4+T细胞的模拟肽。

图A. 流式细胞术分析来自 SPF 或 GF 条件下 TCRM 小鼠的心蛋白过滤 MYH6 特异性细胞中的整合素 α4β7 和 CCR6。心脏浸润的 CD4+TCRM 细胞在 SPF 条件下的肠归巢受体表达明显高于GF条件。

图B,C. 荧光染料 CFSE 标记的 TCRM 细胞过继转移到 Rag1–/–小鼠后的定位和增殖。(图B)在过继移植后第 3 天对结肠补片进行共聚焦显微镜分析,比例尺(100mm),DAPI(4′,6-diamidino-2-phenylindole)。(图C)MYH6 特异性细胞的增殖。用流式细胞术对指定的器官和指定时间点的荧光染料 CFSE 稀释进行定量。条形表示平均值。nd(不可检测);LN(淋巴结);LP(固有层);MedLN(纵隔淋巴结)

图D,E. 通过 16SrRNA 测序,转基因阴性对照组 (Tg-)、SPF TCRM 和 GF TCRM 小鼠在 SPF条件下 4 周龄时的粪便细菌组成。(图D)主成分分析。(图E)指示的细菌纲和科的相对丰度下的热图。提示 GF TCRM 小鼠获得了 SPF TCRM 小鼠的微生物群落。

图F-H. MYH6 特异性 CD4+T 细胞交叉反应性。(图F)用 MYH6、拟杆菌的 b-gal 肽或阴沟肠杆菌的半胱氨酸水解酶衍生肽进行再刺激后,通过 CFSE- 稀释法测定 TCRM 小鼠的 CD4+ T细胞体外增殖。

图G,H. SPF TCRM 小鼠经 MYH6 或拟杆菌的 b-gal 肽体外再刺激后,心脏和结肠浸润,表达 Vb8 的 CD4+T 细胞产生细胞因子。

图I-L. GF TCRM 小鼠被 B.theta 野生型 (B.theta WT) 或缺失 β-半乳糖苷酶 BT1626 基因(B.theta DB-gal) 的 B.theta 所克隆。对心脏浸润细胞(图I)和对心脏和结肠中 MYH6 特异性细胞因子产生细胞(图J)的流式细胞术分析。带有 B.theta β-gal 的 TCRM 小鼠的重新定殖减少了心肌中免疫细胞的积累,并显著降低了心脏和结肠中肌球蛋白特异性 TH17 细胞的活性。

图K,L. 通过细菌流式细胞术 (K) 和来自单个小鼠的汇集数据来确定 IgA 结合的粪便细菌。SSC,侧边散射;PE,藻红蛋白。在 B.theta β-gal 中缺乏交叉反应表位导致单克隆 TCRM 小鼠的 IgA 反应显著降低。

3、TCRM模型中抗生素治疗对致死性心脏病和免疫反应性的影响。心脏特异性CD4+T细胞与肠道中的微生物成分特异性地相互作用,从而影响系统的免疫反应性。

图A,B. 断奶后小鼠用广谱抗生素组合[磺胺多辛,甲氧苄啶和甲硝唑 (S+T+M) ] 治疗后,TCRM 小鼠的存活率 (A) 和疾病严重性 (B)。在 20 周龄的小鼠中测定疾病的严重程度。圆点表示单个小鼠的值,对应纵轴刻度表示平均疾病严重程度。

图C. 通过定量聚合酶链反应定量粪便中的 B.theta,广谱抗生素不仅降低了粪便样本中的B.theta 水平,而且在过继转移后第 28 天显着改善了心脏病(图D)

图E,F. 接受各种抗生素治疗的 RAG1- /-受体心脏中 CD45+ 免疫细胞 (图E) 和表达 Vb8 的CD4+T 细胞 (图F) 的积累显着减少。

图G. 心脏浸润性MYH6特异性 Vb8+CD4+T 细胞的细胞因子产生。

图H. 用酶联免疫吸附试验 (ELISA) 测定抗 B.theta,B.distasonis,B.vulgatus 和 E.cloacae 的特异性 IgG 反应的热图。抗生素治疗降低了 B.theta 特异性 IgG 抗体水平,但该治疗对针对B.distasonis,B.vulgatus 或 E.cloacae 的 IgG 抗体反应有不同的影响。

4、人类心肌炎患者对拟杆菌和心肌肌球蛋白抗原的免疫反应性。人类的炎症性心肌病至少部分是通过源自肠道微生物群的细菌肽模拟物激活心脏特异性 Th 细胞来驱动的。

图A. AMITIS 队列患者入院时及诊断后不同时间点血清中 B.theta 特异性 IgG 抗体与健康人血清的比较分析。红框和黑框分别表示抗 B.theta 抗体水平高或低的患者。圆点代表个体抗体水平,线条代表平均值, A=吸光度。与健康对照组相比,这些患者显示出明显升高的 B.theta 特异性 IgG 反应。

图B. AMITIS 队列患者在指定时间点的射血分数 (EF%) 和 C-反应蛋白(CRP) 值 (图C)。心肌炎患者的临床改善伴随着抗 B.theta 血清反应性的降低。

图D. 来自 AMITIS 队列的心肌炎患者在初次就诊时具有针对 B. theta 的或低或高 IgG 抗体的综合临床评分,如图A 所示。圆点表示抗-β1-AR 抗体阳性总和的个体临床评分,CRP值≥16和EF≤40,而线条代表中位数临床评分。

图E. AMITIS 队列和健康对照中针对 B.theta,B.distasonis,B.vulgatus 和 E.cloacae 的特异性 IgG 反应的热图。在心肌炎患者和健康对照组之间,IgG 抗体对其他拟杆菌种类的反应性没有差异。

图F. 入院时来自 Micro-DCM 队列患者的血清 B.theta 特异性 IgG 水平。

图G. 抗菌 IgG 反应性的热图。与健康对照组相比,抗 B.theta IgG 抗体明显升高。

图H. 热图代表了计算机预测的 MYH6614-629 肽或 B. theta b-gal11-25 肽与流行的 HLA-DQ 等位基因的结合。

图I. 用人 MYH6614-629 肽或 B. theta b-gal11-25 肽刺激 HLA-DQB1 * 03 健康志愿者(n = 10)或 Micro-DCM 队列患者(HLA-DQB1 * 03,n = 9;其他 HLA,n = 8)后,对外周血单核细胞的 IFN-γ 酶联免疫斑点分析(ELISPOT)与健康对照相比,患者外周血 T 细胞对MYH6和 β-gal 肽的干扰素-g(IFN-g) 反应性显着提高(图4I)。

图J. 具有指示的 HLA-DQB1 等位基因的心肌炎患者和健康人中 MYH6- 或 β-gal IFN-g 产生细胞之间的相关性。圆点代表个体主体。r,Pearson相关系数;r2,决定系数。与健康对照相比,MYH6 和 β-gal 肽反应性之间存在高度显著的相关性,表明心脏特异性 CD4+T 细胞与人心肌炎患者的细菌肽发生交叉反应。

图K,L. 粪便微生物群移植(FMT)后4周,对前 GF 受体小鼠的心脏浸润 CD45+ 免疫细胞(K)和CD4+T细胞(L)进行计数。免疫细胞的积累仅在接受来自 B.theta 阳性患者移植的TCRM小鼠受体的心脏中显著增加。

结论

总体而言,在肠道中引发的交叉反应性 CD4 + T 细胞可进入心肌并加剧由嗜心病毒或亚临床性心肌梗死感染引起的损害。同样,在免疫检查点抑制剂治疗期间对自身和交叉反应性 T 细胞失去控制可能是共享特定 HLADQA1* / B1* 等位基因的患者潜在致死性心脏炎症的原因。因此,针对遗传易感性心肌炎患者或通过抗生素进行检查点抑制剂治疗的易感患者的微生物群可能会减轻疾病的严重程度,这可能有助于预防可能致命的炎症性心肌病后遗症。

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