学术动态
钱友存/宋昕阳合作揭示新型载脂蛋白-共生菌鞘脂互作调控肠道黏膜稳态新机制
作者：杨涛 来源自：中国免疫学会 点击数：112 发布时间：2025-07-17
哺乳动物肠道是宿主与共生微生物相互作用的关键界面。肠道微生物产生的代谢产物（如胆汁酸、短链/长链脂肪酸）以及膜结构分子（如多糖A、α-半乳糖神经酰胺）等生物活性小分子，能够穿越肠道上皮屏障，调控宿主免疫细胞的分化与功能。例如，它们可诱导结肠调节性T细胞（Regulatory T cells, Tregs）分化，或促进小肠上皮内淋巴细胞（Intraepithelial lymphocytes, IELs）的聚集。与此同时，宿主通过构建上皮黏液屏障、分泌抗菌肽（Anti-microbial peptides, AMPs）、分泌型免疫球蛋白A（Secretory immunoglobulin A, sIgA）及补体成分（如C3）等多重防御机制，维持肠道菌群稳态。然而，当前研究多聚焦于广谱性、非特异性的免疫策略，关于宿主是否具备识别并选择性调控特定共生菌群成员的能力，仍缺乏深入系统的认识。
2024年5月14日，中国科学院上海营养与健康研究所钱友存研究组联合中国科学院分子细胞科学卓越创新中心宋昕阳研究组在《Nature》杂志在线发表题为“Targeting symbionts by apolipoprotein L proteins modulates gut immunity”的研究成果。该研究首次发现，小鼠肠道上皮细胞（Intestinal Epithelial Cells, IECs）分泌的载脂蛋白APOL9a/b及其人源同源蛋白APOL2，能够特异性识别拟杆菌目（Bacteroidales）细菌，诱导其释放外膜囊泡（Outer Membrane Vesicles, OMVs），并进一步激活宿主IFN-γ–MHC-II信号通路，从而增强肠道黏膜屏障的抗感染能力。该成果揭示了宿主免疫系统通过精细分子机制调控肠道微生态平衡，深化了对宿主与共生菌共同进化与互作机制的理解，并为菌群相关疾病的精准干预与创新治疗策略提供了理论支持。
为了系统挖掘宿主调控肠道菌群的关键分子，研究人员首先借助高通量蛋白质组学技术，对常规饲养（Conventional Raised, CR）小鼠与无菌（Germ-free, GF）小鼠回肠黏液层中的蛋白质组成进行了全面对比分析。通过筛选在菌群存在下表达上调的蛋白，并结合CR小鼠回肠中共生菌结合蛋白的蛋白质组数据，研究人员最终聚焦于一类此前功能尚不明确的脂蛋白家族成员——Apolipoprotein L9a/b（APOL9a/b，简称APOL9），并确认其表达受肠道菌群调控。此外，单细胞转录组测序与免疫荧光染色结果显示，APOL9a/b主要来源于肠上皮吸收细胞（Enterocytes）。
为探究APOL9所靶向的共生菌是否具有系统发育上的特异性，研究团队进一步结合流式细胞分选与16S rRNA基因测序技术，建立了“APOL9-seq”策略，对APOL9结合的肠道微生物进行了系统分析。结果发现，无论在小鼠模型还是人源微生物共培养体系中，APOL9a/b及其人源同源蛋白APOL2均展现出高度的菌群选择性，几乎专一性地识别并结合拟杆菌目（Bacteroidales）细菌。
那么，APOL9/APOL2是如何实现对拟杆菌目的“精准锁定”的？研究人员推测，这一识别过程可能依赖于拟杆菌特有的细胞膜鞘脂组分。为验证这一假设，团队以拟杆菌属的代表性共生菌——多形拟杆菌（Bacteroides thetaiotaomicron）为模式菌株，采用基因编辑手段敲除了其多个鞘脂生物合成相关基因。实验结果显示，APOL9/2与该菌的结合能力依赖其膜表一类特殊脂质——神经酰胺-1-磷酸（Ceramide-1-phosphates, Cer1Ps）。敲除Cer1P合成关键酶后，APOL9/2对细菌的识别与结合显著减弱，表明Cer1P是实现这一特异性识别的关键介导分子。这一发现首次揭示，宿主可通过识别共生菌特有脂质结构，实现对特定微生物群落的精准“靶向”。
不同于传统抗菌肽通过直接杀灭微生物来实现调控，APOL9在生理浓度下结合拟杆菌后，并不引发细菌死亡，而是以非致死性方式诱导其大量释放外膜囊泡（Outer Membrane Vesicles, OMVs）。这些直径为几十至数百纳米的OMVs富含细菌来源的脂类、蛋白与多糖成分，可被宿主先天免疫系统识别并激活相关免疫通路。功能实验证明，APOL9诱导产生的OMVs不仅可被宿主树突状细胞（Dendritic Cells, DCs）捕获，还能增强肠道黏膜区域肠上皮细胞与T细胞之间的免疫协同。具体而言，这些OMVs通过激活干扰素-γ（IFN-γ）信号通路，显著上调小肠上皮细胞中MHC II类分子的表达，促进一类具有重要免疫调节功能的CD4⁺CD8αα⁺上皮内淋巴细胞（IELs）的发育与维持。
在体内功能验证方面，研究团队构建了Apol9a/b双基因敲除小鼠模型。结果显示，该模型小鼠小肠中MHC-II分子及CD4⁺CD8αα⁺ IEL的水平均明显下调，且该现象依赖于拟杆菌的存在。此外，在沙门氏菌（Salmonella typhimurium）口服感染实验中，APOL9缺失小鼠不仅表现出更高的肠道病原菌负载，还更易出现细菌播散至肝脏、脾脏等内脏器官的情况，导致系统性感染风险与死亡率显著上升。相反，当给予这些小鼠拟杆菌来源的OMVs时，宿主肠道的多项免疫防御指标均得到显著增强，相应的感染症状也得到了有效缓解。
综上所述，该研究不仅首次揭示了宿主一种新型载脂蛋白如何通过特异识别共生菌特有膜脂分子，诱导其释放具有免疫调节活性的OMVs的分子机制，也为理解宿主如何“主动塑造”肠道微生态提供了全新视角。此外，该发现为基于共生菌精准调控的下一代免疫干预策略的开发奠定了坚实的理论基础。
中国科学院上海营养与健康研究所副研究员杨涛、博士研究生胡孝虎，与中国科学院分子细胞科学卓越创新中心博士研究生曹飞为论文的共同第一作者。中国科学院上海营养与健康研究所钱友存研究员和中国科学院分子细胞科学卓越创新中心宋昕阳研究员为文章共同通讯作者。该工作得到哈佛大学医学院Dennis L. Kasper教授、清华大学医学院梁冠翔教授、中国科学院分子细胞科学卓越创新中心石建涛研究员、中国科学院上海营养与健康研究所胡国宏研究员的支持和帮助。
论文链接：https://doi.org/10.1038/s41586-025-08990-4
2024年5月14日，中国科学院上海营养与健康研究所钱友存研究组联合中国科学院分子细胞科学卓越创新中心宋昕阳研究组在《Nature》杂志在线发表题为“Targeting symbionts by apolipoprotein L proteins modulates gut immunity”的研究成果。该研究首次发现，小鼠肠道上皮细胞（Intestinal Epithelial Cells, IECs）分泌的载脂蛋白APOL9a/b及其人源同源蛋白APOL2，能够特异性识别拟杆菌目（Bacteroidales）细菌，诱导其释放外膜囊泡（Outer Membrane Vesicles, OMVs），并进一步激活宿主IFN-γ–MHC-II信号通路，从而增强肠道黏膜屏障的抗感染能力。该成果揭示了宿主免疫系统通过精细分子机制调控肠道微生态平衡，深化了对宿主与共生菌共同进化与互作机制的理解，并为菌群相关疾病的精准干预与创新治疗策略提供了理论支持。
为了系统挖掘宿主调控肠道菌群的关键分子，研究人员首先借助高通量蛋白质组学技术，对常规饲养（Conventional Raised, CR）小鼠与无菌（Germ-free, GF）小鼠回肠黏液层中的蛋白质组成进行了全面对比分析。通过筛选在菌群存在下表达上调的蛋白，并结合CR小鼠回肠中共生菌结合蛋白的蛋白质组数据，研究人员最终聚焦于一类此前功能尚不明确的脂蛋白家族成员——Apolipoprotein L9a/b（APOL9a/b，简称APOL9），并确认其表达受肠道菌群调控。此外，单细胞转录组测序与免疫荧光染色结果显示，APOL9a/b主要来源于肠上皮吸收细胞（Enterocytes）。
为探究APOL9所靶向的共生菌是否具有系统发育上的特异性，研究团队进一步结合流式细胞分选与16S rRNA基因测序技术，建立了“APOL9-seq”策略，对APOL9结合的肠道微生物进行了系统分析。结果发现，无论在小鼠模型还是人源微生物共培养体系中，APOL9a/b及其人源同源蛋白APOL2均展现出高度的菌群选择性，几乎专一性地识别并结合拟杆菌目（Bacteroidales）细菌。
那么，APOL9/APOL2是如何实现对拟杆菌目的“精准锁定”的？研究人员推测，这一识别过程可能依赖于拟杆菌特有的细胞膜鞘脂组分。为验证这一假设，团队以拟杆菌属的代表性共生菌——多形拟杆菌（Bacteroides thetaiotaomicron）为模式菌株，采用基因编辑手段敲除了其多个鞘脂生物合成相关基因。实验结果显示，APOL9/2与该菌的结合能力依赖其膜表一类特殊脂质——神经酰胺-1-磷酸（Ceramide-1-phosphates, Cer1Ps）。敲除Cer1P合成关键酶后，APOL9/2对细菌的识别与结合显著减弱，表明Cer1P是实现这一特异性识别的关键介导分子。这一发现首次揭示，宿主可通过识别共生菌特有脂质结构，实现对特定微生物群落的精准“靶向”。
不同于传统抗菌肽通过直接杀灭微生物来实现调控，APOL9在生理浓度下结合拟杆菌后，并不引发细菌死亡，而是以非致死性方式诱导其大量释放外膜囊泡（Outer Membrane Vesicles, OMVs）。这些直径为几十至数百纳米的OMVs富含细菌来源的脂类、蛋白与多糖成分，可被宿主先天免疫系统识别并激活相关免疫通路。功能实验证明，APOL9诱导产生的OMVs不仅可被宿主树突状细胞（Dendritic Cells, DCs）捕获，还能增强肠道黏膜区域肠上皮细胞与T细胞之间的免疫协同。具体而言，这些OMVs通过激活干扰素-γ（IFN-γ）信号通路，显著上调小肠上皮细胞中MHC II类分子的表达，促进一类具有重要免疫调节功能的CD4⁺CD8αα⁺上皮内淋巴细胞（IELs）的发育与维持。
在体内功能验证方面，研究团队构建了Apol9a/b双基因敲除小鼠模型。结果显示，该模型小鼠小肠中MHC-II分子及CD4⁺CD8αα⁺ IEL的水平均明显下调，且该现象依赖于拟杆菌的存在。此外，在沙门氏菌（Salmonella typhimurium）口服感染实验中，APOL9缺失小鼠不仅表现出更高的肠道病原菌负载，还更易出现细菌播散至肝脏、脾脏等内脏器官的情况，导致系统性感染风险与死亡率显著上升。相反，当给予这些小鼠拟杆菌来源的OMVs时，宿主肠道的多项免疫防御指标均得到显著增强，相应的感染症状也得到了有效缓解。
综上所述，该研究不仅首次揭示了宿主一种新型载脂蛋白如何通过特异识别共生菌特有膜脂分子，诱导其释放具有免疫调节活性的OMVs的分子机制，也为理解宿主如何“主动塑造”肠道微生态提供了全新视角。此外，该发现为基于共生菌精准调控的下一代免疫干预策略的开发奠定了坚实的理论基础。
中国科学院上海营养与健康研究所副研究员杨涛、博士研究生胡孝虎，与中国科学院分子细胞科学卓越创新中心博士研究生曹飞为论文的共同第一作者。中国科学院上海营养与健康研究所钱友存研究员和中国科学院分子细胞科学卓越创新中心宋昕阳研究员为文章共同通讯作者。该工作得到哈佛大学医学院Dennis L. Kasper教授、清华大学医学院梁冠翔教授、中国科学院分子细胞科学卓越创新中心石建涛研究员、中国科学院上海营养与健康研究所胡国宏研究员的支持和帮助。
论文链接：https://doi.org/10.1038/s41586-025-08990-4