簇细胞（Tuft cell）是一类分泌性肠上皮细胞，能够感知肠腔信号，是2型细胞因子白细胞介素(IL)-25的主要产生者，对肠道启动和维持2型免疫至关重要^[1,2]。缺乏簇细胞的小鼠由于IL-25介导的免疫反应异常而对蠕虫感染和肠道炎症应激高度敏感，而另一类2型细胞因子IL-13能够刺激簇细胞的分化^{[3, 4]}。簇细胞与局部免疫细胞之间形成了前馈回路，促进了它们自身谱系分化和抗寄生虫免疫，凸显了簇细胞在维持2型免疫中的重要性。尽管目前对簇细胞增殖调控机理的研究屡见报端，但对控制簇细胞发育和功能的中心调节机制仍然知之甚少。 

　　肠道微生物群落对校准哺乳动物的免疫反应至关重要^[5]。越来越多的证据表明，肠道微生物群对2型免疫反应具有显著的调控作用，炎症性疾病和过敏反应的发生与微生物群组成和多样性的变化息息相关。尽管簇细胞对于控制2型免疫至关重要，但肠道微生物及其衍生信号/代谢物与簇细胞的互作调控关系仍不太清楚。 

　　图1肠道微生物与宿主间的表观遗传互作^[6] 

　　此外，除了经典的模式识别受体之外，近年来肠道微生物与宿主之间全新互作机制屡屡被发现^[6]。例如，肠道微生物衍生信号可以通过表观遗传机制影响哺乳动物细胞的转录程序（图1）。组蛋白去乙酰化酶 (HDACs) 是一类通过从组蛋白的赖氨酸残基上去除乙酰基团来部分控制基因表达的表观遗传修饰酶，肠上皮细胞来源的HDAC3对微生物群落非常敏感，能够感知和调节肠道上皮和免疫细胞的基础稳态，以及协调机体对细菌感染和饮食诱导的肥胖的敏感性。 

　　近日，辛辛那提儿童医院Theresa Alenghat实验室在Immunity杂志发表了题为 Microbiota-derived butyrate restricts tuft cell differentiation via histone deacetylase 3 to modulate intestinal type 2 immunity 的研究文章，发现肠道菌群能够通过分泌丁酸盐抑制HDAC3活性，在小鼠和人类中抑制了簇细胞的增殖，且肠道干细胞中特异性敲除HDAC3会阻滞簇细胞分化和下游的2型免疫反应。本研究揭示了肠道菌通过表观遗传方式调控肠道簇细胞增殖分化及2型免疫反应的新机制。 

　　作者首先探究了肠道菌群及其代谢物对簇细胞增殖的影响。之前研究发现琥珀酸盐能够诱导簇细胞数量增加，并能以簇细胞依赖性方式促进IL-25表达并激活2型先天淋巴细胞（ILC2）^[7]。在本研究中，作者发现琥珀酸盐处理后，无菌小鼠的簇细胞和ILC2数量相较于正常饲养小鼠明显增加。万古霉素能够消除梭状芽胞杆菌属细菌并降低肠道SCFA和丁酸盐等代谢物浓度，作者发现万古霉素处理能增加正常饲养小鼠的簇细胞和ILC2数量，而暴露于具有丁酸盐合成能力的菌群会导致无菌小鼠肠道内的丁酸盐含量上升，簇细胞增殖受到抑制。丁酸盐直接处理小鼠会导致簇细胞和ILC2减少，肠上皮细胞的组蛋白乙酰化和转录网络发生重塑。因此，共生菌来源的丁酸盐可以抑制肠道中簇细胞的增殖以及簇细胞依赖性的2型免疫反应。 

　　接下来作者研究了肠道微生物代谢的丁酸盐对小鼠肠上皮细胞转录网络的影响。作者发现与无菌小鼠相比，正常饲养小鼠的肠上皮细胞HDACs活性更高，但丁酸盐处理会抑制HDACs活性。之前研究发现肠道微生物能通过作用于HDAC3调控肠道稳态，作者因此研究了丁酸盐是否能影响HDAC3介导的转录信号。结果表明，肠上皮细胞特异性敲除HDAC3后，琥珀酸无法诱导簇细胞增殖，丁酸盐对簇细胞增殖的抑制作用也减弱。此外，蠕虫感染后，HDAC3的上皮表达对于病原清除不可或缺，而且是2型免疫反应所驱动的簇细胞增殖的必要条件。之前研究发现IL-13能够诱导簇细胞增殖，而此处HDAC3条件性敲除后会抑制IL-13的促增值功能，也会抑制IL-13效应基因的表达。可见，丁酸盐能够抑制肠上皮细胞HDAC3的表达，而HDAC3通过调控IL-13活性，影响了簇细胞的增殖和稳态维持。 

　　为探究人类簇细胞分化的调控机制，作者接下来利用健康的非IBD患者的回肠内窥镜活检样本构建了类器官模型。与小鼠类似，作者发现IL-13同样能够促进人肠道类器官中簇细胞的发育，表明人类和小鼠簇细胞反应之间存在相似性。此外，丁酸盐或HDAC3特异性抑制剂处理会抑制IL-13诱导的簇细胞基因的表达以及人类器官中簇细胞对IL-13的反应，导致人类器官中簇细胞发育异常，数量减少。此外，敲除肠道干细胞内源性的HDAC3会抑制簇细胞的分化。因此，肠道内HDAC3的主动调节对小鼠和人类中IL-13诱导的簇细胞增殖反应至关重要。 

　　那么，HDAC3具体是通过什么方式调控簇细胞增殖分化的呢？作者利用ChIP-qPCR鉴定了HDAC3的靶基因，发现HDAC3能够降低簇细胞分化抑制基因（如Spry2）的表达，肠道微生物所衍生的代谢物（丁酸盐）可以在表观遗传水平上通过作用于HDAC3-Spry2途径指导人类簇细胞的分化。 

　　综上所述，本研究通过探究肠道微生物衍生代谢物对肠道簇细胞增殖分化及免疫反应的影响，发现肠道微生物代谢物丁酸盐能够通过作用于HDAC3及其靶基因而抑制了肠道干细胞向簇细胞的分化，而肠上皮细胞内HDAC3的缺失会抑制体内簇细胞的增殖，并会在蠕虫感染期间阻遏 2 型免疫反应。本研究揭示了肠道微生物及其代谢物通过表观遗传途径调控肠道上皮细胞稳态及免疫反应的新机制。 

　　（来源：BioArt） 

　　参考文献： 

　　1. A. Ali, H.Y. Tan, G.E. Kaiko. Role of the Intestinal Epithelium and Its Interaction with the Microbiota in Food Allergy. Front. Immunol., 11 (2020), p. 604054. 

　　2. Gerbe, E. Sidot, D.J. Smyth, M. Ohmoto, I. Matsumoto, V. Dardalhon, P. Cesses, L. Garnier, M. Pouzolles, B. Brulin, et al. Intestinal epithelial tuft cells initiate type 2 mucosal immunity to helminth parasites. Nature, 529 (2016), pp. 226-230. 

　　3. M.R. Howitt, S. Lavoie, M. Michaud, A.M. Blum, S.V. Tran, J.V. Weinstock, C.A. Gallini, K. Redding, R.F. Margolskee, L.C. Osborne, et al. Tuft cells, taste-chemosensory cells, orchestrate parasite type 2 immunity in the gut. Science, 351 (2016), pp. 1329-1333. 

　　4. J. Von Moltke, M. Ji, H.E. Liang, R.M. Locksley. Tuft-cell-derived IL-25 regulates an intestinal ILC2-epithelial response circuit. Nature, 529 (2016), pp. 221-225. 

　　5. K.D. McCoy, A. Ignacio, M.B. Geuking. Microbiota and Type 2 immune responses. Curr. Opin. Immunol., 54 (2018), pp. 20-27. 

　　6. H. Amatullah, K.L. Jeffrey. Epigenome-metabolome-microbiome axis in health and IBD. Curr. Opin. Microbiol., 56 (2020), pp. 97-108. 

　　7. M.S. Nadjsombati, J.W. McGinty, M.R. Lyons-Cohen, J.B. Jaffe, L. DiPeso, C. Schneider, C.N. Miller, J.L. Pollack, G.A. Nagana Gowda, M.F. Fontana, et al. Detection of Succinate by Intestinal Tuft Cells Triggers a Type 2 Innate Immune Circuit. Immunity, 49 (2018), pp. 33-41. e7.