突破界限:细菌使用胆汁酸作为宿主T细胞调节剂的建筑师

胆汁酸因其在食物消化和吸收中的关键作用而长久以来备受赞誉，但它们在肠道旅程中并非仅仅是过客。这些分子起源于肝脏中的胆固醇，并通过肠道中数万亿的微生物群进一步化学修饰，生成了丰富多彩的二级胆汁酸。最近的研究将二级胆汁酸作为自然界的信使，它们直接影响宿主的生理机能。从它们的抗菌特性到在结直肠癌和肝癌中通过核受体参与的关键作用，这些分子正在调节宿主的代谢和能量消耗。

然而，正是在这个关键点上，叙述出现了迷人的转折。最近，微生物衍生的胆汁酸作为宿主免疫功能的积极协调者出现，特别是那些对T细胞的分化和功能具有重大影响的胆汁酸。这些T细胞包括前线防御者，即辅助性T细胞17（TH17）和调节性T细胞（Treg），它们对增强对结肠敌人的免疫防御和维持宿主内稳态至关重要。

哈佛医学院生物化学与分子药理学系Lina Yao与哈佛免疫系的Jun Huh团队合作，揭示了微生物衍生胆汁酸作为T细胞调节剂的新角色：3-氧基石胆酸（3-oxoLCA）抑制了激烈的促炎性TH17细胞，而异构石胆酸（isoalloLCA）则为抗炎性Treg细胞集结了力量。鉴于T细胞稳态在人类健康中的重要性，以及其紊乱会导致自身免疫性疾病，理解这些胆汁酸的细菌处理过程至关重要。作为哈佛医学院的博士后研究员，我的任务是解开肠道中产生这些免疫调节胆汁酸的细菌基因的神秘途径。

他们培养了一个来自人类粪便样本的多样化的分离源库，涵盖各种细菌种类，并开始筛选能够产生3-oxoLCA的微生物。使用超高效液相色谱-质谱联用技术，随后进行16S核糖体DNA测序，成功识别了几个生产者，包括放线菌门和厚壁菌门的成员。此外，调查揭示了在人类肠道中普遍存在的拟杆菌门主要负责从3-oxoLCA产生isoalloLCA。这一发现与日本一项百年研究的发现相交，该研究发现isoalloLCA可能通过对抗包括艰难梭菌和屎肠球菌在内的多重耐药病原体，对宿主寿命产生影响。

为了在这些发现的基础上进一步研究，团队深入研究了影响T细胞分化的二级胆汁酸。其中一种化合物，从3-oxoLCA衍生的异构石胆酸（isoLCA），已成为TH17细胞分化的强效抑制剂。由于T细胞是免疫系统中的关键角色，它们的失调与炎症性肠病（IBD）密切相关。与哈佛公共卫生学院Huttenhower实验室的研究人员合作，发现与没有该病症的人相比，IBD患者中这三种胆汁酸代谢物的水平显著降低。

然后，使用针对肠道微生物的遗传工具来阐明负责产生3-oxoLCA、isoLCA和isoalloLCA的具体细菌酶。借鉴底物与另一种先前研究的二级胆汁酸脱氧胆酸（DCA）及其细菌修饰产物3-oxoDCA的结构相似性，提出未知的细菌基因可能编码羟类固醇脱氢酶（HSDHs）。为了测试这一假设，工程化缺乏候选基因的敲除细菌菌株，包括3α-HSDH和3β-HSDH。随后，通过将感兴趣的基因重新引入敲除菌株来生成救援突变体。通过这种方法证明，只有在必需基因存在时，细菌才能产生调节TH17细胞的胆汁酸，3-oxoLCA和isoLCA。此外，团队解码了负责isoalloLCA生产的生物合成基因簇，包括5β-还原酶、5α-还原酶和3β-HSDH。同时，在大肠杆菌中异源表达了这些基因并确认了它们的功能。在最初的研究基础上，展示了这些胆汁酸在体内调节T细胞活性的能力，将能够产生3-oxoLCA和isoLCA的人类肠道细菌引入小鼠体内。发现表明，这些细菌在体内有效地调节了TH17细胞水平。结合IBD患者数据分析，这些体内结果强烈表明，在IBD患者中增加这些T细胞调节胆汁酸或其产生细菌的存在可能有助于减轻疾病负担。

新工作确定了负责胆汁酸和类固醇分子的细菌、细菌基因和途径，这些分子在宿主免疫细胞反应中发挥关键作用。曾经被视为仅仅是旁观者的细菌，现在作为宿主靶向治疗的建筑师出现，利用胆汁酸作为它们的变革工具。调节细菌修饰的二级胆汁酸可能代表了一种潜在的范式转移治疗方法，用于操纵宿主免疫系统，最终为改善胃肠炎症性疾病提供了希望。

Breaking boundaries: Bacteria act as architects of host T cell modulators using bile acids