《Science》：巨噬細(xì)胞依賴的宿主-菌群穩(wěn)態(tài)受分支肌動(dòng)蛋白網(wǎng)絡(luò)介導(dǎo)

2025年11月13日，英國弗朗西斯·克里克研究所的Michael Way團(tuán)隊(duì)，在國際期刊Science（IF=56.9）在線發(fā)表題為：Branched actin networks mediate macrophage-dependent host-microbiota homeostasis的論文。該研究通過構(gòu)建造血系統(tǒng)特異性ARPC5敲除小鼠模型（C5^Δvav），發(fā)現(xiàn)其在斷奶后自發(fā)發(fā)生回腸炎，伴隨微菌群侵入及系統(tǒng)性炎癥，原因是由于微生物群突破回腸黏膜引起的，并進(jìn)而引發(fā)全身性炎癥。缺乏ARPC5的巨噬細(xì)胞和中性粒細(xì)胞會(huì)浸潤回腸，但無法有效抑制微生物的入侵。具體來說，缺乏ARPC5的巨噬細(xì)胞在吞噬和殺死細(xì)胞內(nèi)細(xì)菌方面存在困難，是因?yàn)锳RPC5缺失巨噬細(xì)胞的纖維狀肌動(dòng)蛋白（F-actin）減少、吞噬和殺菌能力下降。該研究結(jié)果強(qiáng)調(diào)了含有ARPC5（而非ARPC5L）的Arp2/3復(fù)合體在單核吞噬細(xì)胞功能及宿主-微生物群穩(wěn)態(tài)中的作用。

肌動(dòng)蛋白絲的重組對(duì)于細(xì)胞改變形狀和遷移至關(guān)重要。肌動(dòng)蛋白骨架的異常與多種免疫缺陷疾病相關(guān)，例如Wiskott-Aldrich綜合征。ARPC5（actin-related protein 2/3 complex subunit 5），也稱為p16-ARC，是ARP2/3復(fù)合體的一個(gè)亞基，該復(fù)合體在調(diào)控肌動(dòng)蛋白骨架動(dòng)態(tài)中起核心作用，參與細(xì)胞遷移、分裂、內(nèi)吞作用和 vesicle trafficking等過程；此外，ARP2/3復(fù)合體還通過同源重組修復(fù)參與DNA雙鏈斷裂修復(fù)。研究發(fā)現(xiàn)ARPC5作為Arp2/3復(fù)合體的一個(gè)亞基，其功能缺失會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的免疫缺陷和炎癥反應(yīng)，甚至導(dǎo)致患者早期死亡。但是，ARPC5功能缺失導(dǎo)致免疫缺陷和炎癥反應(yīng)的機(jī)制尚不清楚。

開始，研究人員構(gòu)建了ARPC5功能缺失工具小鼠（C5^Δvav），相對(duì)于對(duì)照C5^Het/Vav，發(fā)現(xiàn)C5^ΔVav小鼠在斷奶后出現(xiàn)體重增長緩慢和糞便中脂鈣蛋白-2水平升高，表明存在腸道炎癥。組織病理學(xué)分析顯示，C5^ΔVav小鼠回腸出現(xiàn)炎癥，伴隨單核細(xì)胞/巨噬細(xì)胞和中性粒細(xì)胞浸潤以及結(jié)構(gòu)完整性喪失。單細(xì)胞RNA測(cè)序分析進(jìn)一步證實(shí)，C5Δ^Vav小鼠回腸中單核細(xì)胞/巨噬細(xì)胞和中性粒細(xì)胞數(shù)量增加。此外，C5^ΔVav小鼠還表現(xiàn)出全身炎癥的跡象，包括血清C反應(yīng)蛋白（CRP）水平升高、外周血中吞噬細(xì)胞數(shù)量增加以及脾臟和骨髓中細(xì)胞組成發(fā)生改變。通過骨髓移植實(shí)驗(yàn)，研究人員證實(shí)了C5^ΔVav小鼠的病理特征是由造血系統(tǒng)缺陷引起的。

ARPC5 在免疫細(xì)胞中的缺失導(dǎo)致腸道損傷及全身炎癥

研究人員發(fā)現(xiàn)C5^ΔVav小鼠腸道炎癥的發(fā)生是一個(gè)漸進(jìn)的過程，并在斷奶后由腸道菌群失衡驅(qū)動(dòng)。在斷奶前，C5^ΔVav小鼠并未出現(xiàn)腸道炎癥。而斷奶后，C5^ΔVav小鼠腸道菌群中梭菌和擬桿菌數(shù)量發(fā)生改變，這與腸道炎癥的發(fā)生時(shí)間相吻合。更重要的是，抗生素治療能夠有效抑制C5ΔVav小鼠腸道炎癥的發(fā)生，并恢復(fù)其腸道菌群組成，進(jìn)一步證實(shí)了腸道菌群在炎癥反應(yīng)中的作用。將C5^ΔVav小鼠與Rag1基因敲除小鼠（T和B細(xì)胞缺失）雜交，構(gòu)建了C5^ΔVav /RagKO小鼠。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，C5^ΔVav/RagKO小鼠表現(xiàn)出更嚴(yán)重的腸道炎癥和全身炎癥，這表明腸道炎癥的發(fā)生不依賴于獲得性免疫系統(tǒng)，而是由先天性免疫系統(tǒng)缺陷驅(qū)動(dòng)。為了進(jìn)一步驗(yàn)證這一結(jié)論，研究人員將Rag1基因敲除小鼠的先天性免疫細(xì)胞移植到C5^ΔVav小鼠體內(nèi)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)移植了野生型細(xì)胞的C5^ΔVav小鼠腸道炎癥得到緩解，而移植了C5^ΔVav小鼠來源的細(xì)胞的C5^ΔVav小鼠腸道炎癥并未改善。此外，研究人員還發(fā)現(xiàn)移植野生型巨噬細(xì)胞能夠有效緩解C5^ΔVav小鼠的腸道炎癥，這表明巨噬細(xì)胞在維持腸道穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮著重要作用。

CRP levels in the serum, LPCN-2 faecal levels and histopathology score together with representative H&E images of the ileum of clodronate liposomes depleted 4-week-old animals followed by wild-type (MNPWT) or C5ΔVav (MNPKO) transplantation.

ARPC5缺失導(dǎo)致巨噬細(xì)胞形態(tài)發(fā)生改變。WT 與 Arpc5?/? BMDM 肌動(dòng)蛋白骨架圖像及細(xì)胞面積、圓度定量，細(xì)胞面積減小，細(xì)胞圓度增加，這表明ARPC5缺失影響了巨噬細(xì)胞的肌動(dòng)蛋白骨架結(jié)構(gòu)。E. coli pHrodo 顆粒吞噬指數(shù)顯示和實(shí)時(shí)成像顯示吞噬時(shí)肌動(dòng)蛋白動(dòng)態(tài)（青）與 E. coli（洋紅），ARPC5缺失的巨噬細(xì)胞吞噬細(xì)菌的能力和殺菌能力均顯著降低，這估計(jì)是導(dǎo)致腸道菌群失衡和炎癥反應(yīng)的重要原因。

總之，本研究證明Arp2/3復(fù)合體亞基5：ARPC5（而非同源亞基ARPC5L），是造血系統(tǒng)維持回腸穩(wěn)態(tài)的決定因子；其缺失導(dǎo)致斷奶后菌群侵入，觸發(fā)局限于回腸的急性炎癥，并放大為全身性炎癥反應(yīng)，開創(chuàng)了肌動(dòng)蛋白-區(qū)域黏膜免疫的研究。ARPC5缺失先改變菌群組成（Clostridia增多、Bacteroidia減少），繼而因巨噬細(xì)胞吞噬殺菌雙重功能缺陷，導(dǎo)致菌群失調(diào)；菌群是驅(qū)動(dòng)后續(xù)腸炎及脾腫大的始動(dòng)因素，為解釋相關(guān)患兒早發(fā)IBD提供了直接因果證據(jù)。骨髓移植、Rag?/?背景回輸及CD115^?單核吞噬細(xì)胞定向Transfer實(shí)驗(yàn)一致表明，僅回輸野生型巨噬細(xì)胞即可逆轉(zhuǎn)ARPC5缺失鼠的回腸炎癥、系統(tǒng)炎癥和菌群失衡，確認(rèn)缺陷定位于先天性免疫；結(jié)果不僅闡明病理機(jī)制，也為ARPC5突變患者行造血干細(xì)胞移植治療提供了理論與實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。這項(xiàng)研究為理解ARPC5相關(guān)免疫缺陷和腸道疾病提供了新的見解，并為潛在的治療策略提供了線索靶點(diǎn)。

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原始文獻(xiàn)：

Luiz Ricardo C. Vasconcellos et al., Branched actin networks mediate macrophage-dependent host-microbiota homeostasis. Science390,728-734(2025).DOI:10.1126/science.adr9571