微免所專題討論書面報告

碩一 S46934031 陳銘祥

Commensal anaerobic gut bacteria attenuate inflammation by regulating nuclear-cytoplasmic shuttling of PPAR-γand RelA

Denise Kelly, Jamie I Campbell, Timothy P King, et. al.

Nat. Immunol. 5, 104 - 112 (2004).

                       
Abstract :人類腸道的共生菌叢在調節宿主發炎反應以及維持免疫的恒定上扮演重要的角色，而實際上目前對於其所調控的細胞的分子機制仍未明。在這裡作者發現了ㄧ株腸內正常共生菌Bacteroides thetaiotaomicron (B. thetaiotaomicron)具有降低由病原菌Salmonella enterica serovar Enteritidis所引發的發炎反應。首先作者觀察到在共生菌的存在之下，可以抑制病原菌造成上皮細胞釋放proinflammatory cytokine，利用免疫螢光染色及EMSA的分析，作者發現共生菌是防止NF-κB活化來達到抑制發炎反應的效果；另外ㄧ方面作者觀察ㄧ個具有抗發炎的訊息傳遞分子Peroxisome proliferator activated receptor-γ（PPAR-γ）對於共生菌存在下的情形，發現其表現的位置與NF-κB有相似的情形。而在in vitro實驗中也可以看到此共生菌存在下會促使NF-κB與PPAR-γ結合，最後作者利用Dominant negative與RNAi的方法降低PPAR-γ表現，結果對於NF-κB入核以及抗發炎的效果都喪失。

 

Introduction

在人類腸道中，存在許多非致病性的共生菌叢，這些菌叢在嚐到免疫系統中所扮演的角色仍有不同說法，一方面在Inflammatory bowel disease(IBD)的疾病中共生菌被認為是引起腸道不正常發炎反應的主要原因，但相反的也有研究利用某些共生菌當做所謂的「生菌製劑(probiotic)」來治療IBD病人，無論哪一方面的說法，可以確定的是在腸內的這些共生菌叢在腸道免疫系統的平衡上扮演了重要的角色，但對於其影響的分子機制仍不清楚。

    在這樣的研究中，作者將重點放在第一線與這些共生菌接觸的腸道上皮細胞，而已知在細菌或外來物刺激下，會活化上皮細胞釋放proinfla- mmatory cytokines，進而引起發炎反應，所以作者在本篇研究中想探知：在共生菌存在的情形下，致病菌引起發炎反應的表現有何不同，又有可能是透過怎樣的訊息傳遞機制來調控。

Result：

在實驗中，作者皆利用四種處理

來觀察致病菌在共生菌存在的情況下，引起腸道上皮細胞（CaCo-2 cell）proinflammatory cytokine表現情形如何：在共生菌存在的情形下，使得IL-8、TNF-αmRNA表現量較單獨培養致病菌低；接受不同發炎刺激物如PMA、flagellin、E.coli O157:H7，共生菌仍有抑制發炎反應之Cytokine表現之能力，接著藉由PMN migration assay，在In vivo及in vitro同樣可以觀察到共生菌存在的情形下，減緩了致病菌造成PMN migration的情形，組織的損傷也在共生菌的存在下，較沒致病菌的嚴重，而進一步作者證明共生菌存在情形下抑制了NF-κB活化而非影響AP-1活化；

抑制的機致並非防止IκBα degra- dation，也並非透過Crm-1 exporting pathway將送至核外。
    此外，作者在觀察另一個具有抗發炎作用的分子Peroxisome prolifera- tor activated receptor-γ（PPAR-γ）發現在致病菌與共生菌存在的情形下其在核內與細胞質中分佈及Kinetic表現的情形與NF-κB相同：

而在In vitro的情形下，證明NF-κB與PPAR-γ在有共生菌存在的情形下，確實具有結合的能力，故作者利用Dominant Negtive的方法外送失去Ligand Binding Site的PPAR-γ而造成NF-κB與PPAR-γ colocolization的情形消失(如右上圖)。最後作者利用RNAi 的方式抑制PPAR-γ表現而觀察到即使存在共生菌，NF-κB活化情形不受影響，且降低了PPAR-γ表現抑止了抗發炎的效果。

Disscussion:

    在腸道中，共生菌維持一定程度的發炎現象，病原菌侵入時所引發強烈免疫反應，在當病原菌清除後，宿主可能透過腸道上皮細胞以及Regula- tory T cell抑制過多的發炎反應，本篇作者在此研究中發現共生菌的存在，可抑制病原菌所引發的大量發炎反應，而這樣的抑制是透過一個已知的抗發炎分子PPAR-γ將活化的NF- κB帶至核外。這樣的現象提供了平衡腸道免疫系統機制中，另一個在共生菌方面可能存在的因素。至於共生菌是透過何種機制活化PPAR-γ以及透過什麼樣的機制來活化則還未知。而是否可以透過此種機制來對於腸道免疫系統一些不正常活化的情形（如Infla- mmatory Bowel Disease），仍需要進一步研究。