炎症性肠病（Inflammatory bowel disease，IBD）是一种主要累及胃肠道的慢性非特异性炎症性疾病，主要包括两个临床亚型，克罗恩病（Crohn’s disease，CD）和溃疡性结肠炎（Ulcerative colitis，UC）。目前，IBD的发病机制尚未得到深入研究。基因突变、饮食、肠道微生物紊乱和免疫功能亢进等多种因素都与IBD的发病有关。在这些因素中，粘膜免疫系统功能障碍是CD和UC发病机制中最重要的因素，但其对结肠免疫微环境的影响及其内在机制尚不明确。
2021年8月10日，浙江大学靳津教授团队在Immunity杂志上发表了一篇题为 Multiomics analyses reveal a critical role of selenium in controlling T cell differentiation in Crohn’s disease 的研究论文。在该研究中，作者首次系统解析了中国初诊未治疗炎症性肠病患者的结肠免疫细胞图谱和代谢微环境特征，分析比较了IBD两种疾病亚型的免疫-代谢模式差异。作者发现，硒在CD粘膜中特异性地减少，硒的补充能显著抑制体外和体内Th1细胞的分化。补硒可减轻免疫应激T细胞所诱导的结肠炎严重程度和CD患者的临床症状。该研究深入阐明了克罗恩病结肠中独特的含硒代谢物改变塑造黏膜T细胞免疫应答模式的机制。
01 单细胞测序揭示初诊未治疗IBD患者常见和疾病特异性结肠免疫细胞类型
为了研究IBD发病早期结肠免疫微环境的动态变化，作者对健康供体（n=3）、初诊未治疗的CD患者（n=6）和UC患者（n=6）的CD45+黏膜免疫细胞进行了单细胞转录组测序分析，并最终共获得了63,314个CD45+免疫细胞数据。为了明确不同分组标本间的细胞类型改变，作者根据标记基因确定了36个亚群，包括7个B细胞群、8个CD4+ T细胞群、10个CD8+ T细胞群、7个髓系细胞群、4个NK细胞群和ILC 细胞亚群。其中，CD和UC患者的CD4+Foxp3+调节性T（Treg）细胞、CD8+GZMK+效应记忆T细胞（Tem）和炎性巨噬细胞增多，IgA+B细胞、CD8+ CD160+上皮内淋巴细胞（IELs）和肥大细胞减少。此外，在不同的亚型中，Th1-like细胞和一组高表达鸟苷酸结合蛋白（GBPs）的滤泡B细胞在CD患者的结肠中特异性扩增。而且，作者还在UC患者体内发现了独特的Th17-like细胞和衰竭的Tc17细胞亚群。综上，以上结果表明CD和UC患者结肠免疫组成存在疾病特异性的改变，尤其是T细胞。
02 IBD特异性代谢物塑造了T细胞分化模式
此前研究表明，代谢重编程在T细胞活化、促活和分化过程中起着至关重要的作用。为了探究IBD两种疾病亚型的代谢差异，作者对64名IBD患者（CD n=32；UC n=32）和30名健康对照组患者的结肠切片采用了基于液相色谱-质谱联用技术（LC-MS）的非靶代谢组学检测。为了评估这些不同的定量代谢物（DQMs）是否与活检部位结肠炎症的严重程度相关，作者进一步结合CD患者的内镜评分（SES-CD）来对代谢组变化进行分析，发现如油酸、鞘磷脂和琥珀酰腺苷与CD的严重程度呈正相关；而其他代谢物，如5-羟基吲哚乙酸（5-HIAA）、3-磷酸甘油酸和30-磷酸腺苷硒酸则呈负相关。为了明确疾病特异性代谢物是否对T细胞极化存在影响，作者选择了35种有效的DQMs进行体外T细胞分化试验来做探究。实验发现，3’-磷腺苷硒酸盐（硒的有机形式）对体外Th1细胞分化有剂量依赖性的抑制作用，但却不影响Th17细胞的分化。此外，在临床数据中，血清硒浓度与CD的严重程度呈负相关。以上结果说明亚硒酸盐在Th1细胞分化中的关键作用，但其潜在机制还需要进一步研究。
03 硒促进嘌呤合成途径和抑制一碳代谢
为了探究阐明硒调节Th1细胞的机制，作者用LC-MS对亚硒酸盐处理过的Th1细胞进行了代谢组检测。发现其中的差异代谢物主要富集在一些氨基酸和嘌呤代谢中。大多数嘌呤及其衍生物，包括腺嘌呤、黄嘌呤和尿酸，在亚硒酸盐处理的Th1细胞中都高于PBS处理的对照Th1细胞。为了验证嘌呤和尿酸在Th1细胞分化中的直接功能，作者用肌苷（一种内源性嘌呤核苷酸）培养极化Th1细胞。作者发现，与亚硒酸盐类似，肌苷同样也抑制了Th1细胞的分化。此外，用抑制剂和亚硒酸盐一起Th1细胞后发现，阻断尿酸的合成可显著逆转亚硒酸盐诱导的对IFN-γ表达和抑制ROS生成。为了研究亚硒酸盐处理下哪条途径参与了促进嘌呤合成，作者对Th1细胞补充了转录组学测序分析，发现亚硒酸盐处理的Th1细胞显示磷酸戊糖途径（PPP）中几种关键酶的表达显著减少，意味着亚硒酸盐处理抑制了嘌呤合成的新途径。
结论和意义
在该研究中，作者基于单细胞转录组测序（scRNA-seq）和液相色谱-质谱联用技术（LC-MS）的非靶代谢组学检测，系统地解析了初诊未治疗炎症性肠病（Inflammatory bowel disease，IBD）患者的结肠免疫细胞图谱和代谢微环境特征，分析比较了IBD两种疾病亚型的免疫-代谢模式差异，展示了CD和UC发病过程中一系列疾病特异性免疫细胞类型和代谢物的改变。该研究为全面了解CD和UC的发病机制差异、开发靶向特定疾病的治疗策略提供了新的理论依据和潜在临床治疗方向。
参考文献：
Huang LJ, Mao XT, Li YY, Liu DD, Fan KQ, Liu RB, Wu TT, Wang HL, Zhang Y, Yang B, Ye CQ, Zhong JY, Chai RJ, Cao Q, Jin J. Multiomics analyses reveal a critical role of selenium in controlling T cell differentiation in Crohn's disease. Immunity. 2021 Aug 10;54(8):1728-1744.e7. doi: 10.1016/j.immuni.2021.07.004. Epub 2021 Aug 2. PMID: 34343498.
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