眾所周知，我們的腸道內部寄生著大量的微生物群，這些微生物中有相當一部分對人體是有益的。比如細菌分泌的維生素以及短鏈脂肪酸能夠促進腸道免疫係統的發育。同時，宿主也進化出一些手段來避免不正常的腸道炎症反應。比如腸道上皮覆蓋的粘膜層以及抗菌肽能夠有效阻止微生物與宿主細胞的過分接觸。
目前的一些研究發現化學物質誘導的小鼠腸炎症狀在腸道微生物缺失的情況下會得到緩解。進一步的研究發現特定的微生物種群能夠促進腸道的炎症反應，例如腸杆菌科的一些菌種。然而，確切的信號通路目前還不清楚。
炎症反應的第一步是信號的感應。常見的如病原體侵染或細胞損傷引起的信號能夠被宿主的信號識別受體所識別。其中炎症小體是重要的一員（具體關於炎症小體的知識不再贅述）。迄今為止，有一係列炎症小體被鑒定得到，而作為其中最有名的一類炎症小體：NLRP3，能夠被不同的配體激活，比如細菌穿孔素，細菌RNA，ATP，晶體物質等。NLRP3在腸道炎症反應中的作用近年來進行了許多深入的研究，然而結果卻十分不統一。有的研究發現缺失了NLRP3後小鼠對腸炎更加敏感，然而另外一些研究卻得出了相反的結論。關於IL-1b的作用的研究也是十分混亂。
最近，來自美國密歇根大學Gabriel Núez研究組發現了一類特定的腸道微生物P. mirabilis能夠促進腸道NLRP3的激活以及IL-1b的分泌，而這一效應是由CCR2+的單核細胞介導的。相關研究結果發表在最近一期的《immunity》雜誌上。
首先，作者分別利用SPF小鼠與GF小鼠的糞便對骨髓巨噬細胞進行體外刺激，結果顯示：SPF小鼠的糞便能夠引起明顯的IL-1b的分泌，而GF小鼠的糞便則沒有這一效應。之後，作者分別對SPF小鼠以及GF小鼠（或經過抗生素處理的小鼠）進行DSS誘導腸炎的實驗。結果顯示：DSS誘導之後SPF小鼠腸道固有層細胞會有明顯的IL-1b，IL-6以及TNF-a的釋放，而微生物缺失後的小鼠體內固有層細胞則以上因子的分泌明顯減少。這一結果說明腸道的微生物促進了小鼠腸道附近的炎症反應。
之後，作者利用DSS誘導的腸炎模型比較了野生型小鼠與IL-1b-/-小鼠的症狀。結果顯示：突變體小鼠的腸炎嚴重程度明顯低於野生型。這一實驗說明IL-1b是炎症反應的關鍵分子。接下來，作者利用SPF小鼠的糞便體外刺激野生型，caspase1以及caspase1&11突變體小鼠的骨髓巨噬細胞，通過檢測炎性因子的分泌，作者發現IL-1b的釋放依賴於caspase1而非caspase11，而TNF-a的釋放與兩類caspase都沒有關係。進一步，作者通過對一係列的突變小鼠骨髓巨噬細胞的檢測，發現IL-1b的釋放依賴於NLRP3蛋白，同樣，體內的實驗也證明了這一結論。
腸道存在大量的不同類型的免疫細胞，為了尋找哪一類免疫細胞介導了這一炎症反應，作者首先分離DSS刺激後的小鼠腸道固有層（LP）的免疫細胞進行分析，結果顯示LP細胞在經過DSS刺激後發生了明顯的IL-1b的上升，而IL-6的表達沒有差異。之後，作者通過時序性分析發現DSS刺激後IL1b的分泌量與LP中Ly6C+的單核細胞的數量存在明顯的相關性。通過進一步的細胞分選與分析，作者發現LP細胞分泌IL-1b的量與其表達Ly6C的量存在明顯的相關性。在Ly6chigh的這一細胞亞群中，IL-1b的分泌也受到NLRP3的影響。另外，體內的實驗也驗證了上述結果（SPF小鼠在DSS刺激後單核細胞分泌IL-1b的量明顯多於GF小鼠），並且發現這一類細胞分泌IL-1b的水平同時受到一類趨化因子CCR2的影響。以上實驗說明CCR2+ Ly6Chigh的單核細胞是IL-1b的主要貢獻來源。
隨後，作者希望了解哪一類細菌能夠引起宿主IL-1B的釋放，通過一係列的篩選實驗，作者發現在眾多能夠引起IL-1B釋放的細菌中，P. mirabilis的效應最快最強烈。而且這一效應也受到NLRP3等一係列炎症小體蛋白的影響。之後，作者通過單菌定植的實驗證明了P. mirabilis在體內的促炎症作用。在此基礎上，作者通過基因組水平的分析找到了可能引起宿主免疫反應的一係列基因，並構建了相應的菌株突變體。體內外檢測結果顯示，隻有HpmA蛋白的突變能夠完全抑製該細菌對小鼠IL-1b的釋放，然而當人為補充hpmA時這一抑製現象得到了解除。以上實驗說明hpmA是可能的單核細胞IL-1b信號通路的配體物質。
http://dx.doi.org/10.1016/j.immuni.2015.03.004
PMC:
PMID：
Distinct Commensals Induce Interleukin-1β via NLRP3 Inflammasome in Inflammatory Monocytes to Promote Intestinal Inflammation in Response to Injury
Sang-Uk Seo, Nobuhiko Kamada, Raúl Muoz-Planillo, Yun-Gi Kim, Donghyun Kim, Yukiko Koizumi, Mizuho Hasegawa, Stephanie D. Himpsl, Hilary P. Browne, Trevor D. Lawley, Harry L.T. Mobley, Naohiro Inohara, Gabriel Núez
Summary
The microbiota stimulates inflammation, but the signaling pathways and the members of the microbiota involved remain poorly understood. We found that the microbiota induces interleukin-1β (IL-1β) release upon intestinal injury and that this is mediated via the NLRP3 inflammasome. Enterobacteriaceae and in particular the pathobiont Proteus mirabilis, induced robust IL-1β release that was comparable to that induced by the pathogen Salmonella. Upon epithelial injury, production of IL-1β in the intestine was largely mediated by intestinal Ly6Chigh monocytes, required chemokine receptor CCR2 and was abolished by deletion of IL-1β in CCR2+ blood monocytes. Furthermore, colonization with P. mirabilis promoted intestinal inflammation upon intestinal injury via the production of hemolysin, which required NLRP3 and IL-1 receptor signaling in vivo. Thus, upon intestinal injury, selective members of the microbiota stimulate newly recruited monocytes to induce NLRP3-dependent IL-1β release, which promotes inflammation in the intestine.
