2023年11月22日，《免疫》Immunity 期刊在線發(fā)表了題為《腸道上皮細胞多巴胺受體信號驅(qū)動雌性多發(fā)性硬化小鼠疾病進展》的研究論文。該研究由中國科學院腦科學與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心（神經(jīng)科學研究所）、神經(jīng)科學國家重點實驗室周嘉偉研究組，中國科學院分子細胞科學卓越創(chuàng)新中心宋昕陽研究組，中國科學院上海有機化學研究所生物與化學交叉研究中心朱正江研究組與上海交通大學醫(yī)學院附屬瑞金醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科陳晟團隊合作完成。利用基因修飾小鼠和藥理學實驗方法以及多組學聯(lián)合分析，他們發(fā)現(xiàn)，腸道上皮細胞多巴胺D2受體（IEC DRD2）過度激活可以選擇性地在雌性小鼠中改變腸道菌群的組成及其代謝物水平，從而促進多發(fā)性硬化的發(fā)病。此研究聚焦中樞神經(jīng)系統(tǒng)自身免疫性疾病研究前沿，獨辟蹊徑，通過跨系統(tǒng)研究，揭示了腸道遠程調(diào)控中樞神經(jīng)系統(tǒng)自身免疫性疾病易感性的新機制，為建立具有性別選擇性的中樞神經(jīng)系統(tǒng)自身免疫性疾病干預(yù)手段開辟了一條新途徑。 

　　中樞神經(jīng)系統(tǒng)的自身免疫性疾病，如多發(fā)性硬化、視神經(jīng)脊髓炎譜系障礙，以慢性、進行性神經(jīng)炎癥、脫髓鞘和神經(jīng)變性為特征。這些疾病在發(fā)病率和臨床特征上都表現(xiàn)出強烈的女性傾向，其患者多為中青年女性。隨著疾病的進展逐漸失去自主活動能力。已有的治療藥物多為對癥治療，選擇品種有限且價格昂貴，無法得到根治，給家庭和社會帶來巨大的負擔。因此，迫切需要開發(fā)能夠有效延緩這類疾病進展的藥物，而目前對這類疾病認識有待更新，拓展研究思路是建立新的治療方法的重要基礎(chǔ)。 

　　已知，腸道微生物群失調(diào)促進多發(fā)性硬化的發(fā)展。在多發(fā)性硬化動物模型中，腸道微生物群在疾病的起始階段、效應(yīng)階段和調(diào)節(jié)階段以及個體對藥物治療的反應(yīng)中都起著關(guān)鍵作用。然而，由于個體之間，腸道微生物群組成的差異很大，迄今，國內(nèi)外醫(yī)學界未能建立起具有廣泛代表性的“核心微生物群表型”。腸道上皮細胞為胃腸道構(gòu)筑了一條防線，不僅可以隔絕腸腔及其內(nèi)容物，還可以整合腸腔內(nèi)的多種菌群信號，以維持胃腸道正常生理功能。據(jù)報道，有多種與多發(fā)性硬化相關(guān)的腸道細菌可以產(chǎn)生多巴胺受體激動劑，因此，作者設(shè)想，腸道上皮細胞多巴胺受體介導(dǎo)了菌群和宿主相互聯(lián)系，并且這種聯(lián)系在多發(fā)性硬化發(fā)病過程中發(fā)揮重要作用。 

　　為對上述設(shè)想予以驗證，作者分別構(gòu)建了在腸道上皮細胞分別特異性敲除多巴胺D2、D3、D4受體的小鼠，同時根據(jù)文獻提供的腸道細菌產(chǎn)生大量的多巴胺受體激動劑苯乙胺這一線索，利用實驗性自身免疫性腦脊髓炎作為多發(fā)性硬化動物模型，觀察在上述基因缺失的情況下，小鼠行為學、病理學的變化，并作多組學分析，之后，使用小膠質(zhì)細胞系和野生型小鼠對所發(fā)現(xiàn)的差異代謝物進行篩選，尋找和鑒定可以減輕動物模型發(fā)病嚴重程度的代謝物。同時收集多發(fā)性硬化患者和健康對照的糞便樣品用于靶向代謝物檢測，驗證苯乙胺含量與多發(fā)性硬化發(fā)病之間的相關(guān)性及性別差異。 

　　首先，通過代謝組學檢測，作者發(fā)現(xiàn)，多發(fā)性硬化患者糞便中苯乙胺含量顯著高于健康對照，且存在性別差異。通過條件性基因敲除等實驗方法，觀察到只有腸道上皮細胞多巴胺受體D2，而不是D3和D4基因缺失，可顯著緩解多發(fā)性硬化小鼠模型發(fā)病的嚴重程度。通過與野生型對照組轉(zhuǎn)錄組的對比，發(fā)現(xiàn)DRD2敲除的多發(fā)性硬化小鼠模型中，腸道溶菌酶等抗菌肽表達量顯著減少；同時通過16s rRNA測序，發(fā)現(xiàn)在造模前和發(fā)病高峰期腸道菌群組成出現(xiàn)顯著差異；通過同籠飼養(yǎng)和抗生素處理，發(fā)現(xiàn)DRD2在多發(fā)性硬化小鼠模型的作用是腸道菌群依賴的；通過非靶向代謝學檢測和代謝精準分析術(shù) MetDNA，鑒定了47種只在雌性小鼠脊髓中存在差異的代謝物。之后，利用小膠質(zhì)細胞細胞系BV2細胞和野生型小鼠對這些差異代謝物進行篩選，確定了N-乙酰賴氨酸可以在整體動物和體外培養(yǎng)細胞水平顯著抑制炎癥反應(yīng)，從而緩解自身免疫性腦脊髓炎的發(fā)病。 

　　為了進一步探究N-乙酰賴氨酸抑制炎癥的分子機制，利用磁珠分選、流式細胞分選等方法，將脊髓中的小膠質(zhì)細胞分離并進行轉(zhuǎn)錄組測序及單細胞測序。發(fā)現(xiàn)N-乙酰賴氨酸顯著降低了多發(fā)性硬化相關(guān)小膠質(zhì)細胞的比例，提高了增殖性小膠質(zhì)細胞和穩(wěn)態(tài)小膠質(zhì)細胞的比例。表明N-乙酰賴氨酸有利于恢復(fù)多發(fā)性硬化小鼠模型失衡的中樞神經(jīng)系統(tǒng)免疫穩(wěn)態(tài)。 

　　傳統(tǒng)觀點認為，性激素等在中樞神經(jīng)系統(tǒng)自身免疫性疾病發(fā)病過程中發(fā)揮重要作用。本研究顯示，腸道的苯乙胺-多巴胺D2受體-溶菌酶信號軸是決定雌性動物或中青年女性群體對多發(fā)性硬化發(fā)病易感性的重要因素，這是對傳統(tǒng)觀點的新的延伸和拓展。作者還揭示了腸道—微生物群——腦的相互作用是如何調(diào)控中樞神經(jīng)系統(tǒng)免疫穩(wěn)態(tài)，這一調(diào)控方式突出了宿主腸道細胞本身對腸道菌群的核心作用，為發(fā)展基于腸道上皮細胞活動調(diào)控的腦疾病干預(yù)方法提供了新的分子和細胞基礎(chǔ)。N-乙酰賴氨酸的抑炎作用的發(fā)現(xiàn)為研發(fā)適用于女性多發(fā)性硬化患者的神經(jīng)炎癥治療方法提供了新的機會。 

　　該項工作由彭海蓉博士、邱佳倩、周勤明博士和博士研究生張彧鍇在周嘉偉研究員、宋昕陽研究員、朱正江研究員和陳晟教授的指導(dǎo)下完成，研究組的其他成員積極參與，并得到了中國科學院上海營養(yǎng)與健康研究所肖意傳、邱菊研究員的大力協(xié)助，因此，是眾多研究組通力合作的結(jié)果。本工作得到國家自然科學基金委員會、中國科學院、科技部、上海市科委/教委、廣東省科技廳等的資助。 

　　圖1.在雌性小鼠中，糞便中較高的苯乙胺濃度會引起腸道上皮細胞中的DRD2過度激活，促進溶菌酶和防御素表達量增加。這些過量的抗菌肽，對細菌的殺傷力增強，因此，乳酸桿菌等對溶菌酶敏感的菌種在雌性小鼠體內(nèi)減少。而乳酸桿菌產(chǎn)生的N-乙酰賴氨酸對小膠質(zhì)細胞介導(dǎo)的炎癥具有很強的抑制作用，是緩解中樞神經(jīng)系統(tǒng)自身免疫性疾病，如多發(fā)性硬化的物質(zhì)基礎(chǔ)之一。