【Microbiome】斑马鱼肠道微生物组和C. somerae通过 TLR2 I 型 IFN 信号轴抑制病毒感染

文摘   2024-11-23 08:00   四川  

近日,中国农业科学院学者在Microbiome发表论文The intestinal microbiome and Cetobacterium somerae inhibit viral infection through TLR2-type I IFN signaling axis in zebrafish,结果表明,肠道微生物组在调节脊椎动物I型IFN抗病毒反应中发挥了保守作用,并揭示了肠道微生物组通过斑马鱼中的CsEPS-TLR2-I型IFN信号轴抑制病毒感染。



研究背景

脊椎动物的肠道中存在着大量的共生细菌,这些肠道微生物群对宿主的健康和疾病发展具有重要影响,无论是在局部还是全身层面。过去十年的研究表明,肠道微生物群能够在病毒感染中起到调节作用,它们既可以促进也可以抑制病毒感染,具体效果取决于所研究的病毒类型。特别是,肠道微生物群已被证实能够限制多种病毒对哺乳动物的感染,这一作用与共生细菌介导的I型干扰素(IFN)反应的激活有关。尽管如此,关于肠道微生物群如何影响病毒感染的研究主要集中在哺乳动物模型上,而对于低等脊椎动物,共生细菌如何影响病毒感染尚不清楚。此外,对于特定共生细菌的身份及其如何启动抗病毒免疫反应的分子机制仍然知之甚少。

斑马鱼作为一种强大的动物模型,被广泛用于研究脊椎动物与微生物群的相互作用。与小鼠相比,无菌斑马鱼显示出对肠道微生物群反应的进化保守性。利用无菌斑马鱼的研究为理解脊椎动物微生物组的组装和功能提供了重要见解。斑马鱼拥有与哺乳动物相似的先天和适应性免疫系统,并且在生命的前3周主要依赖先天免疫。与哺乳动物一样,病毒诱导的干扰素在斑马鱼的抗病毒免疫中扮演关键角色,斑马鱼中的I型IFN包括IFNΦ1-4,分为两组:I(IFNΦ1和Φ4)和II(IFNΦ2和Φ3),并被不同的异二聚体受体识别。鲤鱼春季病毒血症病毒(SVCV)是一种属于弹状病毒科的水生单链RNA病毒,斑马鱼对SVCV敏感,因此斑马鱼-SVCV感染模型被广泛用于研究脊椎动物抗病毒先天免疫的调节。


研究内容

肠道微生物群的消耗:通过给成年斑马鱼喂食含有抗生素混合物(ABX)的食物,研究者耗尽了斑马鱼的肠道微生物群。这些斑马鱼在感染SVCV后,死亡率显著高于对照组,表明肠道微生物群对斑马鱼的抗病毒能力有积极影响。
病毒复制和I型干扰素(IFN)反应:与对照组相比,ABX处理的斑马鱼在感染后1天和2天时,肝脏、脾脏和肾脏中的病毒复制更高,且I型IFN反应受损。
无菌斑马鱼模型:在无菌斑马鱼(GF)和常规化(conventionalized)斑马鱼中,研究者发现无菌斑马鱼的死亡率和病毒滴度高于常规化斑马鱼,证实了肠道微生物群在斑马鱼中的抗病毒效果。
通过使用morpholino敲低I型IFN受体,研究者发现I型IFN信号通路在肠道微生物群介导的抗病毒效应中起着关键作用。
研究还发现,肠道微生物群的消耗影响了中性粒细胞的反应,而中性粒细胞是介导微生物群抗病毒功能的免疫细胞。
进一步研究了特定模式识别受体(PRR)是否介导了微生物群的抗病毒效应,并发现TLR2-Myd88信号通路在肠道微生物群限制病毒感染中起着关键作用。
通过抗生素处理和16S rRNA基因测序,发现Cetobacterium someraeC. somerae)是介导微生物群抗病毒效应的特定细菌种类。
研究者发现C. somerae的外多糖(CsEPS)是介导抗病毒效应的关键分子,它通过TLR2信号通路发挥作用。
研究结果

图 1. 肠道微生物组的耗竭增强了斑马鱼的 SVCV 感染。

图2.肠道微生物群和Cetobacterium somerae通过TLR2型I型IFN信号轴抑制斑马鱼的病毒感染。

图3 . 在没有肠道微生物组的情况下,中性粒细胞对 SVCV 感染的反应受损。

图4 .肠道微生物群的抗病毒作用需要 TLR2 和 Myd88 信号传导。

图5 . C. somerae 概括了肠道微生物组的抗病毒作用。

图6 .C. somerae 的胞外多糖通过 TLR2 发出信号以抑制 SVCV 感染。

图7.肠道微生物组和共生 C. somerae 通过 CsEPS-TLR2 依赖性途径引发中性粒细胞中的 I 型 IFN 反应,从而限制斑马鱼的病毒感染
通讯作者  

1974年出生,毕业于中国科学院水生生物研究所,获博士学位。中国农业科学院饲料所二级研究员,博士生导师,水产微生物与饲料创新团队首席,现代农业产业技术体系北京市渔业创新团队岗位专家,国家杰出青年基金项目获得者,中国农业科学院农科英才领军人才A类入选者。

研究方向为水产动物营养与饲料科学/水产动物消化道微生物学。担任中国农业科学院水产微生物与饲料创新团队首席科学家,农业部饲用生物技术重点实验室主任。入选国家级人才计划,获“国家自然科学基金杰出青年基金”资助,水产学经典期刊《Aquaculture》副主编,2020-2021连续获得畜牧学中国高被引学者称号,H指数49。研究成果曾获第二十一届中国专利优秀奖(2019年)、福建省技术发明二等奖(2017年)、大北农科技成果奖一等奖(2015年)。申请中国发明专利54项,PCT专利5项,其中35项已授权(含3项PCT授权),转让15项。发表学术论文220余篇,其中SCI收录120余篇,收录期刊包括Cell reports、iSciences、Gut Microbes、Environmental Microbiology(封面)、Journal of Nutrition(系列)等。兼任:中国畜牧兽医学会动物营养学分会常务理事、水产营养专题组主任、中国饲料工业协会生物饲料技术委员会副主任、第三届全国饲料评审委员会委员、科创中国微生物种业资源科技服务团成员。

1984年生,毕业于奥本大学,获博士学位。中国农业科学院饲料研究所研究员,博士生导师,国家自然科学基金优秀青年基金获得者,中国农业科学院农科英才领军人才B类入选者。

长期从事鱼类肠道微生物学研究,主要研究方向包括:(1)以斑马鱼为模型研究宿主与肠道菌群的互作机制,主要包括肠道菌群调控宿主营养代谢和免疫抗病的分子机制和宿主调控肠道菌群结构的机理;(2)研发基于或靶向肠道微生物的饲用产品,包括益生菌、益生元、后生元等。主持项目包括国家自然科学基金优秀青年基金、国家自然科学基金面上项目等。近5年在Gut microbes, Journal of Nutrition, Environmental microbiology等期刊发表SCI论文20余篇。

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