丁酸及相关菌在肠道免疫和类风湿关节炎发病中免疫调控作用与分子机制研究

The gut serves as an important regional immune organ, and the regional immunity as well as the associated microbiome exhibit close relation with autoimmune disease rheumatoid arthritis (RA). Gut microbiome and microbial metabolites have attracted compelling appreciation as a novel field to explore the monitoring and immunotherapy of RA. In the previous study, by utilizing the next-generation sequencing on 2216 (1002 RA+1214 controls) gut microbiome samples, we found that RA gut microbiome was characterized by notable decreases in the relative abundance of multiple butyrate-producing bacteria (BPB). The BPB as well as its metabolite butyrate exert pivotal impacts on the immune homeostasis, and there remains of tremendous value to explore the potential immunoregulatory effects of BPB and butyrate in RA. Thus, the present study is designed to investigate: 1) the roles of butyrate in the local and systemic immune response of experimental arthritis models; 2) the modulations of butyrate in the regulatory and effector T cell subsets of RA patients; 3) the molecular mechanisms of butyrate in regulating the experimental arthritis and RA patients T cells; 4) the therapeutical effects of butyrate-producing bacteria in experimental arthritis. The project will provide a significant documentation for the clinical applications of butyrate-producing bacteria and butyrate in the monitoring and immunotherapy of RA.

肠道是机体重要的区域免疫器官，肠道免疫及相关微生物与类风湿关节炎（RA）的发病密切相关，肠道菌群及其代谢产物是RA早期预警和免疫治疗研究的重要领域。本课题组的前期研究完成了2216例(1002例RA患者+1214例健康对照)肠道菌群样本的收集、测序及分析，发现RA患者肠道中多种产丁酸菌显著减少。产丁酸菌及其代谢产物丁酸对机体免疫稳态有关键性调控作用，研究其在RA发病中的免疫作用及机制对本病的早期预警和免疫治疗有重要意义。因此，本课题拟开展以下研究：1）探讨丁酸对实验性关节炎肠道区域免疫和全身免疫的调控作用；2）研究丁酸对RA患者调节性和效应性T淋巴细胞亚群的免疫作用；3）探讨丁酸对实验性关节炎及RA患者T淋巴细胞亚群的分子调控机制；4）研究产丁酸菌对实验性关节炎的免疫治疗作用。本项目将为丁酸及相关菌在RA预警和免疫治疗中的应用提供重要实验依据，具有理论意义和临床应用前景。

肠道是机体重要的区域免疫器官，肠道免疫及相关微生物与类风湿关节炎（RA）的发病密切相关，肠道菌群及其代谢产物是RA早期预警和免疫治疗研究的重要领域。本课题组前期研究完成了2216例（1002例RA患者+1214例健康对照）肠道菌群样本的研究，发现RA患者肠道中多种产丁酸菌显著减少。产丁酸菌及其代谢分子丁酸对机体免疫稳态有关键性调控作用，因此，本项目进一步探讨了丁酸在RA发生发展中的免疫调控作用和机制。本研究运用宏基因组学技术深入分析了RA患者肠道菌群的变化，明确了RA患者肠道中多种产丁酸菌株明显减少，而耗丁酸菌显著增多，耗丁酸菌与产丁酸菌的比值增加伴随疾病活动度及自身抗体表达升高。代谢组学研究结果显示，RA患者肠道和外周血中丁酸含量明显减少，而其它短链脂肪酸如乙酸、丙酸、戊酸及己酸的含量无明显变化。丁酸含量减少与关节畸形数增多显著相关，提示丁酸在骨破坏中发挥关键作用。进一步，使用DBA/1小鼠构建胶原诱导性关节炎（CIA）模型，给予丁酸预防性或治疗性干预。结果显示，丁酸可显著抑制实验性关节炎的发生发展，并减少关节滑膜组织中免疫细胞的浸润和骨质破坏。丁酸可增加抗炎因子IL-10的表达，并减少自身抗体anti-CII及促炎细胞因子IL-6的产生。同时，丁酸可上调关节淋巴结以及肠道派氏结（peyer's patches）Treg细胞的比例，并抑制Tfh细胞表达。综上所述，丁酸可通过上调Treg细胞和下调Tfh细胞的比例而促进关节和肠道免疫稳态重建，进而抑制实验性关节炎的发生发展。这些发现不仅为肠道菌群参与调控类风湿关节炎发病提供了重要的理论依据，而且为RA的免疫治疗提供了潜在调控靶点。