肠道感染时内在肠神经元中芳香烃受体（AHR）的区域特异性功能：肠道健康的关键新发现

《Cell Reports》：Intestinal-region-specific functions of AHR in intrinsic enteric neurons during infections

本文聚焦肠道健康，研究发现芳香烃受体（AHR）在内在肠神经元（iENs）中有区域特异性功能。AHR 在回肠和结肠 iENs 的不同亚群中表达不同，影响 iENs 的激活，还调控细菌病原体清除和 3 型天然淋巴细胞（ILC3）反应，为肠道疾病研究提供新视角。

　　### 研究背景
胃肠道在食物消化、营养吸收和宿主保护方面至关重要，其稳态的维持依赖于上皮细胞、肠道免疫系统和肠神经系统（ENS）等细胞网络的高度协调。ENS 中的内在肠神经元（iENs）对调节肠道蠕动起着关键作用，它们持续监测肠腔动态变化并作出反应，以调节肠道蠕动。然而，iENs 感知和整合饮食及微生物信号来调节肠道稳态和炎症的机制尚不明确。

芳香烃受体（AHR）是一种配体依赖性转录因子，对维持胃肠道屏障完整性和对病原体的炎症反应至关重要，它在多种肠道细胞类型中表达。此前研究表明，AHR 在肠道免疫和上皮细胞功能中发挥重要作用，例如 AHR 缺陷小鼠在感染柠檬酸杆菌（Citrobacter rodentium）时，保护反应受损；上皮细胞中 AHR 的缺失会破坏肠道干细胞稳态，影响对C. rodentium感染的控制。但 AHR 在 iENs 对病原体炎症反应中的作用尚不明确。

研究结果

1. AHR 对小肠和结肠中 iEN 激活的差异调节：通过分析已发表的小鼠小肠和结肠 iENs 的单细胞 RNA 测序（scRNA-seq）数据集，发现 AHR 在小肠和结肠的不同 iEN 亚群中均有表达，但表达模式存在差异。在小肠中，AHR 主要在兴奋性运动神经元（EMN5）、抑制性运动神经元（IMN2）、中间神经元（IN1）和内在初级传入神经元（IPAN1 和 IPAN2）的特定簇中表达；在结肠中，AHR 在 IMN3、IMN4、EMN4、EMN5、IPAN1 和 IPAN2 中高表达，且在结肠 iENs 中的表达水平高于小肠。
   通过定量 PCR 等实验进一步验证了 AHR 在 iENs 中的表达差异。构建 Ahr^flox/flox小鼠并与 Actl6b^Cre/+:Sun1-GFP 小鼠杂交得到 Ahr^ΔActl6b:Sun1-GFP 小鼠，证实了 AHR 在 iENs 中的基因和蛋白表达情况。给小鼠喂食含 AHR 前体配体吲哚 - 3 - 甲醇（I3C）的饮食后发现，I3C 可显著降低 Ahr^flox/flox小鼠结肠中 c-Fos⁺ iENs 的比例，但在 Ahr^ΔActl6b小鼠中无此作用；相反，I3C 能显著诱导野生型小鼠回肠中 c-Fos 在 iENs 中的表达。这表明 AHR 以神经元特异性和配体依赖性的方式差异调节 iENs 在回肠和结肠中的活性和功能。
2. AHR 调节病原体诱导的 iEN 激活和抗菌感染免疫：用不同病原体（C. rodentium、白色念珠菌Candida albicans和巴西日圆线虫Nippostrongylus brasiliensis）感染 Ahr^ΔActl6b小鼠和 Ahr^flox/flox小鼠，发现 AHR 缺陷会使回肠中 iENs 的 c-Fos 表达显著增加，而在结肠中则显著降低，说明 AHR 在感染时对回肠和结肠 iENs 的活性调节存在差异。
   为排除肠道外神经元 AHR 表达对 iEN 活性的影响，构建了 Syn^Cre/+Ahr^flox/flox（Ahr^ΔSyn1）小鼠，结果显示其与对照小鼠在感染C. rodentium后，iENs 中 c-Fos 表达无差异，表明 AHR 在 iENs 中具有调节 iEN 活性的细胞内在功能。
   分析不同病原体在小鼠体内的负担发现，AHR 缺陷的神经元显著降低了C. rodentium的丰度，反映出对C. rodentium的免疫力增强，但对C. albicans和N. brasiliensis的丰度无明显影响。对感染C. rodentium后的 iENs 进行单细胞核 RNA 测序（snRNA-seq），发现 AHR 缺陷的 iENs 与野生型 iENs 在转录状态上差异较小，仅部分 iEN 簇中的基因表达有显著差异，如回肠中 IMN2 比例下降，IN1 比例增加。
3. 神经元中 AHR 表达抑制细菌感染期间 ILC3 反应：宿主对C. rodentium的防御依赖于多种免疫细胞的顺序激活，其中 ILC3s 在感染早期发挥作用。分析感染C. rodentium后 Ahr^ΔActl6b小鼠和对照小鼠回肠和结肠中免疫细胞的丰度，发现 AHR 缺陷的神经元显著增加了回肠中总 ILCs（主要是 ILC3s）的丰度，但对结肠中 ILC3s 的丰度无影响，且 ILC3s 中 IL-22 和 IL-17A 的表达在两组小鼠中保持不变。
   在稳态和葡聚糖硫酸钠（DSS）诱导的结肠炎模型中，AHR 在神经元中的表达对 ILC3s 的丰度无显著影响，且肠道外神经元 AHR 表达的扰动也不影响回肠中 ILC3s 的频率。对感染C. rodentium后的 ILCs 和 CD4⁺ T 细胞进行 scRNA-seq 分析，发现 Ahr^ΔActl6b小鼠中循环 ILC3s 的比例显著增加，且 KI-67⁺ ILC3s 的频率也显著升高，表明 AHR 在神经元中的表达抑制了回肠中 ILC3s 的增殖，且这种抑制作用在C. rodentium感染时特异性发生。

研究讨论

本研究揭示了 AHR 在胃肠道不同区域神经元中具有不同功能，这种区域特异性可能源于 AHR 在不同 iEN 亚群中的表达差异、负调控途径的变化、与不同上皮细胞的相互作用、配体暴露剂量以及 AHR-c-Fos 泛素化途径的差异。
以往研究表明 AHR 缺陷小鼠对C. rodentium感染高度敏感，而本研究发现神经元中 AHR 缺陷会增加 ILC3s 的增殖并增强对C. rodentium感染的肠道免疫力，这种矛盾结果表明 AHR 激活的效应具有高度的背景依赖性。推测 AHR 在调节 ILC3 反应中具有细胞内在的正性作用，但在神经元中的表达会外在地平衡 ILC3 的丰度，以防止过度的肠道炎症并实现最佳免疫。
研究还存在一些局限性，如神经元 AHR 在肠道区域特异性功能中涉及的细胞和分子途径尚未阐明，需要新的模型和工具来进一步研究 AHR 在 iENs 中的细胞内在功能，AHR 介导 iENs 与 ILC3s 之间相互作用的机制以及这种相互作用是直接还是间接的也有待进一步探究，同时神经元 AHR 表达在更广泛的肠道感染模型中的调节作用也需进一步验证。

研究展望

本研究为理解肠道感染时 iENs 与免疫系统的相互作用提供了新的视角，AHR 在神经元中的区域特异性功能为开发针对肠道疾病的治疗策略提供了潜在的靶点。未来研究可进一步深入探究 AHR 介导的神经元与免疫细胞之间的信号通路，以及如何通过调节 AHR 的功能来改善肠道健康，这将有助于推动肠道疾病治疗领域的发展。