甲型H1N1流感，简称H1N1，是由甲型流感病毒（Influenza A Virus，IAV）引起的一种急性呼吸道传染病。越来越多的证据表明，宿主对甲型流感病毒（IAV）感染的易感性可能与肠道微生物群有关。然而，特定肠道微生物及其产生的代谢物在调节IAV发病机制和预后中的作用仍然未知。本研究的目的是探索肠道微生物群在甲型H1N1流感中的作用，并阐明潜在机制。
2024年10月10日，吉林农业大学王春凤教授及其团队在Gut microbes（IF2024=12.2）期刊上发表了题为“Microbiota-derived acetate is associated with functionally optimal virus-specific CD8+ T cell responses to influenza virus infection via GPR43-dependent metabolic reprogramming”的研究论文。该研究发现了Blautia coccoides通过GPR43依赖的方式促进氧化磷酸化（OXPHOS）和糖酵解，并依赖于乙酰辅酶A合成酶2（ACSS2）增强抗病毒CD8+ T细胞反应。
该研究通过比较甲型流感病毒（IAV）PR8毒株感染后的存活小鼠与死亡小鼠的微生物组成，鉴定出共生菌Blautia coccoides能通过诱导病毒特异性CD8+T细胞反应，保护经抗生素（Abx）处理或无菌（GF）小鼠免受IAV感染。实验设计包括在Abx处理或GF小鼠中单独接种B. coccoides或给予外源性乙酸，以观察其对病毒感染后CD8+T细胞反应的影响。通过流式细胞术、代谢组学分析、转录组学分析及体外培养等实验方法，探究乙酸如何通过GPR43信号通路和乙酰辅酶A合成酶2（ACSS2）依赖的代谢重编程，增强病毒特异性CD8+T细胞的氧化磷酸化（OXPHOS）和糖酵解，并促进干扰素γ（IFN-γ）和颗粒酶B的分泌，从而发挥抗病毒作用。![]()
Fig.1 B. coccoides抗IAV感染的示意图
来自IAV感染后幸存小鼠的共生微生物群增强了 WT 小鼠对 IAV 感染的抵抗力
首先，作者对小鼠经鼻接种IAV，根据小鼠预后的不同将其分为存活组（SG）和死亡组（DG），收集了两组小鼠的粪便进行16SrRNA测序，发现SG组小鼠的Blautia coccoides(BC)丰度明显增加。然后对经抗生素（Abx）处理过的WT小鼠接种BC，并给小鼠经鼻部接种IAV，使用Lactobacillus reuteri（LR）作为对照，发现BC的定植显著减少了IAV感染小鼠的体重减轻，并将存活率从20%提高到80%。此外，肺部抗病毒细胞因子IFN-γ的表达增加，病毒拷贝数减少。这表明BC在加强IAV清除和减轻肺组织免疫病理方面具有特殊作用。（Fig.2）![]()
Fig.2 幸存小鼠的Blautia coccoides增强了WT小鼠对IAV感染的抵抗力
BC定植逆转了经Abx处理小鼠IAV感染后减弱的先天免疫应答
由于作者团队之前已经证明BC可以通过在外周单核吞噬细胞中引发IFN-γ反应限制EMCV感染，所以首先测试了PBS组、Abx组以及BC和LR组的肺和脾中先天免疫细胞的募集和激活情况。发现BC定植组小鼠的肺组织中自然杀伤(NK)细胞、巨噬细胞和树突状(DC)细胞，以及细胞因子IFN-γ、IFN-β的表达增加，而肺组织和血清中IL-6水平下降，且BC定植小鼠的肺组织炎症浸润和病变更轻。这些数据表明，BC通过增强抗病毒I型和II型IFN并减少促炎细胞因子表达来调节宿主抗病毒先天免疫应答。（Fig.3）Fig. 3 BC定植逆转了经Abx 处理小鼠 IAV感染后减弱的先天免疫应答
BC定植挽救了受损的病毒特异性CD8+T细胞对IAV感染的反应
接下来，作者假设BC定植改变了适应性免疫反应。为了验证这一假设，使用流式细胞术检测了BC定植后T细胞亚群的比例。发现Abx治疗导致脾脏或肺中CD8+ T细胞亚群显著减少，但CD4+T细胞亚群变化不大，并且BC定植恢复了这些组织中CD8+T细胞的百分比。此外，Abx小鼠的脾、肺和支气管肺泡灌洗液（BALF）中CD8+T细胞表达激活标记物(CD69)或产生包括IFN-γ和颗粒酶B在内的多种效应分子的能力较差，而BC定植恢复了CD69的表达和IFN-γ的分泌。同时，作者使用无菌小鼠和CD4−/−和CD8−/−小鼠验证了上述结论。以上结果表明，BC定植增强了小鼠对 IAV感染的适应性抗病毒CD8+T细胞免疫反应。（Fig.4）Fig. 4 BC定植逆转了受损的病毒特异性CD8+T细胞对IAV感染的反应
BC代谢物乙酸通过诱导病毒特异性CD8+T细胞保护小鼠免受IAVPR8感染
已知肠道微生物群产生多种生物活性代谢物，这些代谢物通过扩散到循环中以调节宿主免疫反应。为了鉴定出BC对IAV感染的疗效是由何种代谢物所介导的。作者使用非靶向代谢组学检测了IAV感染后第8天Abx组、PBS组、BC组和LR组的血清代谢物，发现Abx处理后小鼠血清中乙酸浓度显著降低，并通过BC定植恢复。同样，在BC培养上清液中也检测到高水平的乙酸。为了说明乙酸是否在保护宿主免受 IAV感染方面发挥关键作用，作者给经Abx处理的小鼠喂养不同的短链脂肪酸（SCFA），包括乙酸、丙酸和丁酸。发现乙酸处理组小鼠的存活率和感染后第8天肺组织中的病毒滴度明显更低，且肺和脾中总CD8+T细胞以及IAV特异性CD8+T细胞的数量显着增加。为了验证CD8+T细胞在小鼠抵抗IAV感染中的作用，作者使用SCFA强饲Abx处理的WT或CD8−/−小鼠，然后如上所述接种IAV，结果发现乙酸的作用消失。以上结果表明，BC和BC衍生的乙酸显著增强适应性免疫应答并调节CD8+T细胞清除病毒的功能。（Fig.5）Fig.5 乙酸通过诱导病毒特异性 CD8+ T 细胞保护小鼠免受 IAV PR8 感染
乙酸通过GPR43依赖的方式促进了CD8+ T细胞的代谢重编程，增强了其抗病毒功能
已知GPR41是丁酸诱导的抗IAV CD8+T细胞反应和代谢所必需的。为了研究BC介导的抗病毒CD8+T细胞免疫应答是否与乙酸与细胞代谢的GPR43依赖性改变也相关，作者首先使用抗生素处理WT小鼠，然后用乙酸或PBS分别处理后评估线粒体氧化磷酸化和糖酵解程度。与未处理的Abx WT小鼠相比，乙酸处理的Abx WT小鼠的CD8+T细胞基础OCR、ECAR、最大呼吸和备用呼吸能力(SRC)均显着增加。此外，乙酸处理的 Abx WT CD8+ T 细胞之间的线粒体质量和葡萄糖转运蛋白Glut-1的细胞内表达存在显着差异。接下来，作者使用乙酸处理Gpr43-/-小鼠，发现Gpr43−/− 小鼠中乙酸处理组和对照组之间的CD8+T细胞总比例以及肺中 CD69、IFN-γ和颗粒酶B的表达、肺组织学病变、病理评分和肺平均荧光强度均无差异。由此说明GPR43对于诱导病毒特异性CD8+T细胞中乙酸依赖性的代谢变化和免疫激活至关重要。（Fig.6）![]()
Fig.6 乙酸通过GPR43依赖的方式改变CD8+ T细胞代谢，增强其抗病毒反应
乙酸处理可增强T细胞中IFN-γ的产生并改变CD8+T细胞代谢
为探究乙酸如何直接调节抗IAV的代谢变化和免疫反应，研究者对IAV感染的WT小鼠脾脏中乙酸处理及未处理的CD8+T细胞进行了RNA测序。结果显示，乙酸显著影响CD8+T细胞的转录，特别是增强了免疫反应和葡萄糖代谢相关途径。已知乙酸通过转化为乙酰辅酶A促进糖酵解，此过程依赖于单羧酸转运蛋白（MCT）。乙酸处理的CD8+T细胞中，MCT-1、MCT-4及乙酰辅酶A合成酶2（ACSS2）表达上调，提示乙酸可能通过增加摄取并转化为乙酰辅酶A来增强糖酵解。为验证这一点，研究者使用ACSS2抑制剂HY-104032预处理CD8+T细胞，发现乙酰辅酶A合成减少，线粒体质量和Glut-1表达下降，同时病毒特异性CD8+T细胞产生的IFN-γ和颗粒酶B表达也降低。这表明，在体外和体内实验中，乙酸促进CD8+T细胞分泌IFN-γ和颗粒酶B的作用依赖于乙酰辅酶A的合成。由此说明，乙酸通过促进乙酰辅酶A的合成增强细胞代谢，从而增强病毒特异性CD8+T细胞反应。（Fig.7）![]()
Fig.7 乙酸处理可增强T细胞中IFN-γ的产生并改变CD8+T细胞代谢
综上所述，这项研究探讨了微生物群衍生的乙酸通过GPR43依赖性机制与IAV感染后病毒特异性CD8+ T细胞反应之间的关联。揭示了肠道菌群代谢产物乙酸在抗病毒免疫中的重要作用，特别是通过GPR43受体介导的信号传导，增强了病毒特异性CD8+ T细胞的功能。这为理解肠道微生物与宿主抗病毒免疫之间的相互作用提供了新的视角，并可能为开发针对呼吸道病毒感染的新疗法提供潜在靶点。1、尽管研究深入剖析了乙酸和GPR43对CD8+ T细胞的影响，为理解病毒感染中的免疫反应提供了新视角，但对其他免疫细胞或途径的探讨有限。未来研究应拓宽视野，全面考察不同免疫细胞及途径在微生物代谢产物如乙酸调控下的动态和协同作用。2、此研究主要集中在乙酸的作用上，而其他短链脂肪酸（如丁酸、丙酸）的潜在贡献在本文中仅作为对照，未深入探讨它们可能对CD8+T细胞代谢和免疫功能的其他影响。未来研究应探讨这些短链脂肪酸的综合作用，以全面理解微生物代谢产物在病毒感染中的功能。
https://doi.org/10.1080/19490976.2024.2401649编辑：徐沁雯 排版：吴佩仪 审核：曾雨雨
