肠道炎症是指由微生物感染、缺血、辐射、机体免疫失调等多种因素引起的肠道炎症性反应。短链脂肪酸（SCFAs）主要包括乙酸、丙酸、丁酸等，由肠道特定菌群通过膳食纤维发酵产生，已被证明可通过调节黏膜表面的免疫细胞来维持肠道稳态。前期研究表明，SCFAs可调节肠道CD4+T细胞发育，并促进Th1细胞产生IL-10和IL-22以抑制肠道炎症。然而，SCFAs如何调节肠道CD4+ T细胞的发育和功能尚不清楚。颗粒酶B（GzmB）是CD8+T细胞和NK细胞杀伤各种感染细胞和肿瘤细胞的功能性标志物，也被证明可调节CD4+T细胞功能。但是，肠道中GzmB调控CD4+T细胞功能的具体机制仍不明确。因此，作者猜想肠道菌群代谢物丁酸可以通过调节产生GzmB的耐受性Th1细胞功能来调控肠道炎症。
2024年6月6日，美国伊利诺伊州芝加哥西北大学范伯格医学院的研究者们在Gut Microbes（IF2023=12.2）期刊上发表了题为“Microbial metabolite butyrate modulates granzyme B in tolerogenic IL-10 producing Th1 cells to regulate intestinal inflammation”的研究论文。该研究揭示了肠道菌群代谢物丁酸通过促进产生IL-10的耐受性Th1细胞表达GzmB，从而维持肠道内稳态，抑制肠道炎症的发展。
研究者首先激活了小鼠脾脏中的CD4+T细胞，通过补充丁酸来探究其对肠道CD4+T细胞表达GzmB的影响。然后，使用Rag1-/-小鼠和GzmB缺陷型小鼠进行CD4+T细胞转移模型，以评估GzmB在肠道炎症中的作用。随后通过16S rRNA基因测序、流式细胞术、ELIAS法、代谢分析、qRT-PCR等方法证实了丁酸通过调节GzmB的表达来维持肠道稳态和抑制肠道炎症的具体作用机制。
首先在体外实验中观察到，丁酸对CD4+T细胞中的GzmB表达具有显著的促进作用，这一效应在Th1细胞条件下尤为明显。然后利用RNA测序技术和流式细胞术，分别在mRNA转录水平和蛋白质表达层面，验证了丁酸能够上调Gzmb的表达量。随后通过动物实验，进一步在体内环境中证实了丁酸能够增强小鼠肠道内CD4+T细胞的GzmB表达水平。（Fig.1）![]()
Fig. 1 丁酸增加Th1细胞中GzmB的表达
为了验证CD4+T细胞表达GzmB对肠道炎症的影响，该团队将野生型和GzmB基因敲除的CD4+T细胞分别移植到免疫缺陷型Rag1−/−小鼠体内。结果显示，缺乏GzmB的CD4+T细胞小鼠结肠炎更为严重，这表明GzmB在调节肠道炎症的过程中发挥保护作用。（Fig.2）Fig. 2 丁酸预处理的Th1细胞部分通过GzmB诱导较轻的结肠炎
为了探究肠道菌群是否参与了丁酸对GzmB的诱导过程，该研究采用16S rRNA测序和粪菌移植实验，发现丁酸处理虽改变了肠道菌群的组成，但这些菌群组成的变化并未介导丁酸对CD4+T细胞中GzmB的诱导作用。（Fig.3）Fig.3 丁酸改变的肠道菌群不增加小鼠CD4+ T细胞GzmB的表达
GPR43和HDAC抑制剂共同参与了丁酸诱导Th1细胞表达GzmB的过程
接下来，使用了多种激动剂和拮抗剂来探究丁酸上调CD4+ T细胞中GzmB表达的具体机制。结果发现，HDAC抑制剂和GPR43激动剂均可增加CD4+T细胞中GzmB的表达。通过构建野生型和GPR43基因敲除（GPR43−/−）小鼠模型，发现在GPR43−/− CD4+T细胞中丁酸诱导GzmB表达的能力要低于野生型CD4+ T细胞，说明GPR43和HDAC在丁酸诱导GzmB表达的过程中发挥了重要作用。（Fig.4）Fig.4 GPR43和HDAC抑制剂介导丁酸在Th1细胞中诱导GzmB的产生
Blimp1参与丁酸诱导Th1细胞表达GzmB的过程
在Th1细胞条件下，丁酸虽然增加了CD4+ T细胞中Blimp1 mRNA和蛋白水平的表达，却无法在产生IL-10的Blimp1-/-T细胞中诱导GzmB的表达，说明Blimp1在丁酸诱导GzmB的表达中起部分中介作用，尤其是在产生IL-10的Th1细胞中。（Fig.5）![]()
Fig.5 Blimp1介导Th1细胞中丁酸诱导的GzmB表达
葡萄糖代谢参与丁酸诱导Th1细胞中GzmB表达的过程
在Th1细胞条件下，用αCD3 mAb和αCD28 mAb激活CD4+ T细胞，发现丁酸增加了Th1细胞中的线粒体氧化和糖酵解。这一过程可能与丁酸增加Th1细胞中葡萄糖转运蛋白1（Glut1）的表达有关，说明葡萄糖代谢可能介导了丁酸对GzmB的诱导。（Fig.6）![]()
Fig.6 葡萄糖代谢介导丁酸对Th1细胞GzmB的诱导
IKZF3和NR2F6介导丁酸在Th1细胞中诱导GzmB的表达
为了探究除了Blimp1以外的其他转录因子是否介导了丁酸对GzmB的诱导，作者使用了多种转录因子抑制剂进行验证，结果发现IKZF3和NR2F6也参与了丁酸诱导GzmB表达的过程。（Fig.7）![]()
Fig.7 IKZF3和NR2F6调节Th1细胞中丁酸诱导的GzmB
该研究证实了丁酸能够增加CD4+T细胞中GzmB的表达，特别是在产生IL-10的Th1细胞中，这种作用对于维持肠道稳态和调节肠道炎症具有重要意义。丁酸可以通过抑制HDAC、激活GPR43以及促进葡萄糖代谢来上调GzmB的表达。转录因子Blimp1、IKZF3和NR2F6也参与了丁酸诱导GzmB表达的过程，这为开发治疗肠道炎症的新策略提供了潜在的靶点。然而，该研究仍有几个方面值得进一步探究。首先，该研究着重探讨了丁酸对CD4+T细胞中GzmB表达的影响，并且已确认葡萄糖代谢在此过程中的作用，但具体涉及的基因及信号通路仍待深入揭示。其次，该研究聚焦于短期内丁酸对肠道菌群构成及GzmB表达的调节作用，而对其长期效应的理解尚不够充分。因此，未来的研究或许可以进一步拓展，以探讨丁酸调控GzmB表达控制肠道炎症的具体分子机制，同时评估长期摄入丁酸对肠道菌群和宿主健康的潜在影响。
Full article: Microbial metabolite butyrate modulates granzyme B in tolerogenic IL-10 producing Th1 cells to regulate intestinal inflammation编辑：王梅 排版：吴佩仪 审核：彭婉
