雜食性動(dòng)物（包括小鼠和人類）更喜歡富含脂肪的飲食，而不是植物性飲食，特別是在短期內(nèi)，但這種短期攝入富含脂肪飲食的后果尚不清楚。2023年8月14日，德國(guó)漢堡大學(xué)埃彭多夫醫(yī)學(xué)中心的研究團(tuán)隊(duì)在《Nature Immunology》期刊發(fā)表了題為“Short-term dietary changes can result in mucosal and systemic immune depression”的文章。該研究表明：短期反復(fù)切換到“盛宴飲食”（模仿我們的社會(huì)飲食行為），破壞了腸道微生物群的潛在緩沖作用，重組了粘膜相關(guān)淋巴組織的免疫結(jié)構(gòu)。第一次飲食轉(zhuǎn)換就足以誘導(dǎo)短暫的粘膜和全身免疫抑制，導(dǎo)致對(duì)腸沙門氏菌、血清型鼠傷寒沙門氏菌和單核增生李斯特菌感染的易感性增加。具體機(jī)制是：由于纖維代謝物的微生物供應(yīng)減少，mTOR（mammalian target of rapamycin）活性受損，導(dǎo)致CD4⁺ T細(xì)胞代謝適應(yīng)度和細(xì)胞因子減少。重新引入膳食纖維可以重新進(jìn)行T細(xì)胞代謝，恢復(fù)粘膜和全身CD4⁺ T細(xì)胞功能和免疫力。

首先，研究者每隔3天將小鼠的飲食在常規(guī)食物（RD）和富含動(dòng)物源性脂肪但缺乏纖維的飲食（FD）之間交替，共進(jìn)行了四次轉(zhuǎn)換。觀察到體重、血清膽固醇水平、能量消耗和核心溫度在每次飲食轉(zhuǎn)換時(shí)都以振蕩方式變化。與其他研究一樣，在FD喂養(yǎng)的小鼠中觀察到大量的乳酸乳球菌。III型細(xì)胞因子Il17a、Il17f和Il22在第一次切換到FD后顯著下調(diào)（在與腸道微生物群相互作用的反應(yīng)中，CD4⁺ T細(xì)胞可以通過產(chǎn)生III型細(xì)胞因子持續(xù)促進(jìn)粘膜穩(wěn)態(tài)，最終使宿主對(duì)即將到來的感染不那么敏感）。然后，研究者用腸炎沙門氏菌血清型鼠傷寒沙門氏菌感染小鼠，它主要通過PPs（潘氏斑，或稱派爾斑，Peyer's patches）中的微折疊細(xì)胞侵入腸道組織，然后傳播到全身部位。結(jié)果顯示，切換到FD的小鼠體重明顯減輕，并且菌落形成單位在小腸（small intestine，SI）腔內(nèi)含量、小腸組織和肝臟中的數(shù)量高于對(duì)照組小鼠。與此一致的是，切換到FD的感染小鼠PPs中，與體液和細(xì)胞免疫應(yīng)答相關(guān)的通路下調(diào)。這種飲食變化也會(huì)影響全身免疫反應(yīng)，小鼠切換到FD后，不能有效地清除由單核細(xì)胞增生李斯特菌引起的全身感染。此外，在經(jīng)典的遲發(fā)型超敏反應(yīng)（DTH）模型中，用OVA誘導(dǎo)后，切換到FD的小鼠不能有效地誘導(dǎo)足墊腫脹。由此表明短期FD飲食會(huì)損害小鼠粘膜和全身免疫。（見圖1）

圖1. 短期FD飲食會(huì)損害小鼠粘膜和全身免疫

（文中所有圖片均來源于《Nature Immunology》雜志）

基于以上結(jié)果，研究者假設(shè)粘膜免疫的損害可能是通過減少效應(yīng)/記憶性CD4⁺ T細(xì)胞和III型細(xì)胞因子導(dǎo)致的。因此，他們將重點(diǎn)放在CD4⁺效應(yīng)T細(xì)胞上，并通過流式細(xì)胞術(shù)評(píng)估CD4⁺Foxp3?T細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組，這些細(xì)胞是從切換到FD的小鼠PPs中分離出來的。結(jié)果顯示介導(dǎo)III型粘膜免疫的Il17re、Il22和Gzmb顯著下調(diào)。呈現(xiàn)T_H17極化狀態(tài)及表達(dá)IL10的T_H17細(xì)胞數(shù)量顯著減少。在exT_H17細(xì)胞（即過去表達(dá)IL17A，但目前不表達(dá)的細(xì)胞）中也觀察到類似的趨勢(shì)。粘膜CD4⁺ T細(xì)胞是IL17A的主要產(chǎn)生細(xì)胞，而IL17F也會(huì)同時(shí)產(chǎn)生。這些結(jié)果表明，飲食的短期改變會(huì)抑制腸道CD4⁺ T細(xì)胞及粘膜III型細(xì)胞因子Il17a、Il17f和Il22的表達(dá)。與此一致的是，已知由IL17A、IL17F和IL22誘導(dǎo)的抗菌肽Reg3b和Reg3g在切換到FD后沿SI顯著下調(diào)。接下來，研究者想驗(yàn)證FD喂養(yǎng)小鼠對(duì)鼠傷寒沙門氏菌的高易感性是否是由于FD驅(qū)動(dòng)IL17A/IL17F的下調(diào)。因此，研究者構(gòu)建了IL17A/IL17F雙敲除小鼠，對(duì)照組和模型組保持RD或切換FD，均感染鼠傷寒沙門氏菌。結(jié)果顯示RD喂養(yǎng)的雙敲除小鼠控制細(xì)菌感染能力的受損程度與FD喂養(yǎng)的小鼠相同。此外，給雙敲除小鼠喂食FD沒有進(jìn)一步增加細(xì)菌負(fù)荷。這些發(fā)現(xiàn)表明，在感染前，FD介導(dǎo)的IL17A和IL17F的減少，使腸道在切換到FD后更容易感染鼠傷寒沙門氏菌。（見圖2）

圖2. 短期FD飲食會(huì)影響粘膜CD4⁺ T細(xì)胞

研究者們希望能找到系統(tǒng)免疫損傷背后的細(xì)胞機(jī)制，決定將重點(diǎn)放在DTH-OVA模型上，這可以直接研究抗原特異性CD4⁺ T細(xì)胞。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：轉(zhuǎn)換為FD后，OVA特異性CD4⁺ T細(xì)胞中，與免疫應(yīng)答相關(guān)的通路顯著下調(diào)。已知負(fù)調(diào)控T細(xì)胞活化的基因（Zbtb32、 Nt5e、 Anp32a和Hdac7）以及細(xì)胞因子產(chǎn)生的負(fù)調(diào)控基因（Spry1、 Maf、Tsc22d3和Jazf1）上調(diào)。相反，T細(xì)胞活化的關(guān)鍵基因（Tnfsf4、Lat、Trat1和Klrd1）、細(xì)胞因子產(chǎn)生的正調(diào)節(jié)因子（Bcl6、Ltb和Ly9）和I型干擾素基因（Irf7、Rtp4、Isg15和Gbp5）下調(diào)。在FD期間，OVA特異性CD4⁺ T細(xì)胞受到抗原刺激時(shí)，Ifng和Gzmb水平顯著降低，Tnfa和Il2呈下降趨勢(shì)。這些數(shù)據(jù)表明，短期飲食改變直接損害外周抗原特異性CD4⁺ T細(xì)胞的效應(yīng)功能。（見圖3）

圖3. 短期攝入FD會(huì)損害抗原特異性CD4⁺ T細(xì)胞

為了確定FD驅(qū)動(dòng)的效應(yīng)是否是由于更高的熱量攝入導(dǎo)致的，切換到FD時(shí)，研究者保證了和RD喂養(yǎng)小鼠同樣的卡路里消耗（即成對(duì)喂養(yǎng)）。切換到FD的成對(duì)喂養(yǎng)小鼠沒有增加體重，并且與自由切換到FD的小鼠具有相似的血清膽固醇水平和相似的Il17a和Il17f水平。同樣的結(jié)果也出現(xiàn)在另一種不同的能量密集飲食中，這種飲食含有高水平的糖，低纖維，但不添加脂肪。此外，喂食低脂肪、纖維含量低于0.3%飲食的小鼠，PP T_H17細(xì)胞比例顯著低于高纖維飲食。這些數(shù)據(jù)表明，短期飲食變化的影響并不依賴于脂肪，而是纖維。由于腸道菌群可以將膳食纖維分解為其代謝物，并對(duì)短期飲食變化做出快速反應(yīng)，研究者推測(cè)FD驅(qū)動(dòng)的效應(yīng)由腸道菌群介導(dǎo)。因此，在無菌小鼠中進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。FD無菌小鼠回腸的Il17a和Il17f水平低于RD無菌小鼠。這表明，腸道III型免疫抑制依賴于腸道微生物群的組成，而腸道微生物群的組成在短期飲食轉(zhuǎn)換為FD后發(fā)生了變化。介導(dǎo)免疫穩(wěn)態(tài)的關(guān)鍵細(xì)菌種類是那些將膳食纖維發(fā)酵成短鏈脂肪酸（SCFAs）的細(xì)菌，而FD與RD的主要區(qū)別之一是FD中膳食纖維的含量較低。后研究者發(fā)現(xiàn)切換到FD的SPF小鼠的回腸內(nèi)容物中，參與C2（乙酸）和C4（丁酸）合成的途徑顯著下調(diào)。盲腸C2和C4濃度也較低。腸道Il17a和Il17f基因表達(dá)水平與C2和C4濃度呈正相關(guān)。這些數(shù)據(jù)表明，FD驅(qū)動(dòng)的效應(yīng)不是由脂肪或卡路里攝入介導(dǎo)的，而是由腸道微生物群介導(dǎo)的。（見圖4）

圖4. 短期FD飲食的影響是由微生物代謝物介導(dǎo)的

故研究者假設(shè)SCFAs的減少可能通過改變I型和III型免疫反應(yīng)共有的基本機(jī)制（如CD4⁺ T細(xì)胞代謝）來驅(qū)動(dòng)FD介導(dǎo)的腸道和全身免疫損傷。研究者從切換到FD的小鼠的PPs和脾臟中分離細(xì)胞，并評(píng)估它們的代謝適應(yīng)度。結(jié)果顯示在切換到FD后，PP CD4⁺ T細(xì)胞表現(xiàn)出氧化磷酸化（OXPHO）、mTOR和糖酵解通路顯著下調(diào)。由于CD4⁺ T細(xì)胞的代謝和分泌效應(yīng)細(xì)胞因子的能力與TCR（T cell receptor）密切相關(guān)，研究者在體外用抗CD3 /抗CD28激活PP CD4⁺ T細(xì)胞。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，切換到FD的小鼠的PP CD4⁺ T細(xì)胞在TCR觸發(fā)后表現(xiàn)出較低的線粒體適應(yīng)度。在TCR刺激下，下游mTOR通路也受到FD的影響，磷酸化核糖體蛋白S6（p-rS6）的表達(dá)顯著降低，這是mTOR通路的關(guān)鍵靶點(diǎn)。由于SCFAs在切換到FD后減少，可以通過抑制組蛋白去乙?；福?/span>HDAC）來增強(qiáng)mTOR信號(hào)通路，從而促進(jìn)細(xì)胞因子的產(chǎn)生，因此研究者用C2 + C4或HDAC抑制劑trichostatin A （TSA）處理FD條件下的PP CD4⁺ T細(xì)胞。使用的C2和C4濃度沒有導(dǎo)致細(xì)胞死亡。C2 + C4和TSA均增加了切換到FD的小鼠PP CD4⁺ T細(xì)胞的rS6磷酸化，而添加雷帕霉素（mTOR抑制劑）則消除了它們的作用。C2 + C4處理或TSA處理也促進(jìn)了FD飲食小鼠PP CD4⁺ T細(xì)胞的線粒體適應(yīng)度。IL17A、IL17F和TNFα的分泌也增加了，這些作用通過添加雷帕霉素而消除。這些數(shù)據(jù)表明，短期切換到FD與SCFAs的快速減少有關(guān)，損害了粘膜CD4⁺ T細(xì)胞的mTOR活性和線粒體功能。與PP CD4⁺ T細(xì)胞的結(jié)果一致，FD小鼠的外周血CD4⁺ T細(xì)胞比RD小鼠的外周血CD4⁺ T細(xì)胞顯示出更高的基線耗氧量。在體外用寡霉素處理從RD供體中分離的OT-II細(xì)胞，消除了局部足墊腫脹。此外，用C2 + C4體外處理FD喂養(yǎng)小鼠的OT-II細(xì)胞可提高其誘導(dǎo)適當(dāng)?shù)淖銐|腫脹的能力，雷帕霉素會(huì)消除這種效果。由此可見，短期FD飲食會(huì)損害CD4⁺ T細(xì)胞的代謝適應(yīng)度。（見圖5）

圖5. 短期FD飲食會(huì)損害CD4⁺ T細(xì)胞的代謝適應(yīng)度

由于數(shù)據(jù)顯示飲食行為和免疫途徑之間的同步性和強(qiáng)相關(guān)性，研究者假設(shè)重新引入RD足以恢復(fù)有效的免疫。因此，研究者在FD小鼠食用FD期間加入OVA，然后切換回RD，并在切換到RD后的7天或21天進(jìn)行檢測(cè)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)在切換回RD至少21天的小鼠中，能恢復(fù)誘導(dǎo)足墊腫脹，而在僅經(jīng)歷RD 7天的小鼠中，不能誘導(dǎo)足墊腫脹。接下來，研究者直接添加C2和C4。雖然結(jié)果表明不如切換回RD有效，但足以部分挽救FD驅(qū)動(dòng)的全身免疫抑制。此外，添加C2和C4的FD也足以改善FD喂養(yǎng)小鼠對(duì)鼠傷寒沙門氏菌的敏感性。這些數(shù)據(jù)表明，FD導(dǎo)致的粘膜和全身免疫損傷是短暫的，可以通過切換回富含纖維的飲食來恢復(fù)。（見圖6）

圖6. 重新引入膳食纖維可恢復(fù)黏膜和全身免疫

最后，研究團(tuán)隊(duì)對(duì)人類志愿者進(jìn)行飲食干預(yù)，同樣證實(shí)短期的飲食變化會(huì)引起黏膜和全身免疫的短暫抑制。健康志愿者攝入富含纖維的食物（FRD）5天，然后切換到缺乏纖維的飲食（FPD）5天。結(jié)果發(fā)現(xiàn)切換到FPD后改變了志愿者腸道微生物群的組成，顯著減少了纖維發(fā)酵細(xì)菌的豐度。人腸道中主要的C4產(chǎn)生菌也因食用FPD而顯著減少。從FRD切換到FPD后，糞便中SCFAs（包括C2和C4）的濃度顯著降低。此外，攝入FPD后，志愿者外周血中共表達(dá)IL17A和TNFα的全身T_H17細(xì)胞和T_H1細(xì)胞顯著減少。（見圖7）

圖7. 人短期食用低纖維食物

綜上，短期缺乏纖維的飲食會(huì)引起黏膜和全身免疫的短暫抑制，可能會(huì)導(dǎo)致致病性感染。補(bǔ)充纖維代謝物可以顯著改善I型和III型免疫反應(yīng)，但與重新引入富含纖維的飲食的程度不同。這表明其他飲食成分可能在促進(jìn)免疫方面發(fā)揮額外作用，值得進(jìn)一步研究。此外，應(yīng)該考慮適當(dāng)?shù)娘嬍?，以最大限度地發(fā)揮疫苗和免疫療法的功效。

云克隆開發(fā)了與該研究相關(guān)的靶標(biāo)產(chǎn)品，部分指標(biāo)節(jié)選如下：

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