Hello啊，小薇如期而至！今天小薇帶來的內(nèi)容是Nature中一篇很有意思的文章。芳香烴受體（aryl hydrocarbon receptor，AHR）對免疫細(xì)胞的影響已廣為人知，但是在這項(xiàng)新的研究中表明，AHR在肺部血管內(nèi)皮細(xì)胞中也非常活躍。該文章基于一個(gè)個(gè)實(shí)驗(yàn)問題出發(fā)，以多種新鮮技術(shù)在小鼠身上進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)，以分析AHR對肺屏障的影響。并提出當(dāng)攝入十字花科蔬菜這種天然膳食成分時(shí)可防止肺組織損傷。哇哦，聽起來是不是很神奇？接下來，讓小薇帶你一起探索這篇文章研究內(nèi)容及思路吧！ 文獻(xiàn)詳情：

題目：內(nèi)皮AHR活性可防止病毒感染造成的肺屏障破壞

雜志：Nature.

影響因子：IF=64.8

發(fā)表時(shí)間：2023年8月

研究背景

肺內(nèi)皮細(xì)胞，是一種主要介導(dǎo)氧氣攝入和輸送的單層內(nèi)皮細(xì)胞。面對感染時(shí)，肺內(nèi)皮細(xì)胞增殖調(diào)節(jié)促炎細(xì)胞因子的產(chǎn)生，并通過分泌血管分泌因子促進(jìn)上皮細(xì)胞的恢復(fù)。然而，目前尚不清楚肺內(nèi)皮中的轉(zhuǎn)錄程序是如何調(diào)控以應(yīng)對感染或促進(jìn)宿主保護(hù)的。 AHR是一種配體激活的轉(zhuǎn)錄因子，廣泛表達(dá)于屏障和免疫系統(tǒng)中，能夠?qū)ι砗铜h(huán)境刺激做出反應(yīng)。天然AHR配體主要來源于膳食中吲哚和色氨酸代謝。激活后，AHR誘導(dǎo)一系列靶基因，包括編碼細(xì)胞色素p450（CYP1）酶，這些基因通過氧化促進(jìn)AHR配體的代謝清除。因此，CYP1介導(dǎo)的配體代謝是一種重要的負(fù)反饋機(jī)制，可抑制AHR信號傳導(dǎo)。AHR的作用在胃腸道中表現(xiàn)明顯，其中豐富的微生物來源和膳食來源的配體激活組織駐留的免疫細(xì)胞和上皮細(xì)胞，以促進(jìn)屏障保護(hù)。在肺中，AHR負(fù)調(diào)控I型干擾素（IFNs）的產(chǎn)生，然而，AHR在肺屏障防御中的作用尚不清楚。

研究思路

在本篇文章中，作者首先使用AHR報(bào)告小鼠（AHR-tdTomato）和CYP1A1報(bào)告小鼠（CYP1A1），采用無偏倚的系統(tǒng)方法來表征AHR在不同肺細(xì)胞室中的表達(dá)和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。采用平均熒光強(qiáng)度（MFI）值，免疫熒光檢測證實(shí)了內(nèi)皮細(xì)胞中的AHR信號通路，并通過定量PCR（qPCR）檢測AHR和靶基因的表達(dá)。進(jìn)一步通過單細(xì)胞RNA測序（scRNA-seq）數(shù)據(jù)集來繪制肺中的AHR通路。接著作者采用甲型流感病毒（X31）感染野生型（WT）小鼠和Cyp1-/-小鼠，并評估肺損傷。為了研究這一點(diǎn)，作者使用ECΔAhr小鼠，發(fā)現(xiàn)內(nèi)皮Ahr缺失導(dǎo)致流感病毒感染后肺血管滲漏增加，加劇組織損傷，促進(jìn)細(xì)胞浸潤。接著作者對未感染和流感病毒感染的WT和ECΔAhr小鼠分離的肺內(nèi)皮細(xì)胞（CD31+）進(jìn)行了大量RNA測序，并通過qPCR證實(shí)了ECΔAhr內(nèi)皮細(xì)胞中apelin和APLNR表達(dá)的破壞，確定了apelin-APLNR信號軸是AHR依賴的肺保護(hù)機(jī)制。此外作者發(fā)現(xiàn)由膳食配體誘導(dǎo)的擴(kuò)增的肺AHR信號可以保護(hù)小鼠免受流感誘導(dǎo)的組織損傷和血管滲漏，其依賴于內(nèi)皮細(xì)胞中的AHR信號和APLNR信號。（ps有問題找小薇，關(guān)注小薇，科研熱點(diǎn)、國際前沿or創(chuàng)新型思路，想看啥call下小薇，咱就是說安排！）

主要結(jié)果

01肺血管系統(tǒng)中的AHR信號傳導(dǎo)

作者使用AHR報(bào)告小鼠（AHR-tdTomato）和CYP1A1報(bào)告小鼠（CYP1A1–eYFP），采用無偏倚的系統(tǒng)方法來表征AHR在不同肺細(xì)胞室中的表達(dá)和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。AHR-tdTomato在所有肺細(xì)胞類型中均檢測到表達(dá)，但主要在CD31+肺內(nèi)皮細(xì)胞（66.2%）、II型肺泡細(xì)胞（61.1%）和氣道上皮細(xì)胞（55.2%）中表達(dá)（圖1a）。此外，基因平均熒光強(qiáng)度（MFI）值以及免疫熒光檢測證實(shí)了內(nèi)皮細(xì)胞中的AHR信號通路（圖1b）。接著作者通過定量PCR（qPCR）檢測AHR和靶基因的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)分離的CD31+肺內(nèi)皮細(xì)胞中Ahr和Cyp1a1的表達(dá)顯著增加（圖1c）。RNA熒光原位雜交結(jié)果顯示，在大血管內(nèi)皮和肺泡毛細(xì)血管網(wǎng)絡(luò)中均有AHR特征（圖1d）。接下來，作者利用單細(xì)胞RNA測序（scRNA-seq）數(shù)據(jù)集來繪制肺中的AHR通路。AHR和CYP1A1在內(nèi)皮細(xì)胞亞群中均被檢測到，在氣道上皮、毛細(xì)血管和靜脈內(nèi)皮中發(fā)現(xiàn)的信號最強(qiáng)。此外作者證實(shí)人肺內(nèi)皮中存在高水平的AHR基礎(chǔ)信號通路。進(jìn)一步作者利用了受AHR調(diào)控的三種CYP1家族酶（Cyp1a1、Cyp1b1和Cyp1a2）缺失的小鼠。Cyp1-/-小鼠不能代謝AHR配體，因此缺乏自動(dòng)調(diào)節(jié)反饋控制，這導(dǎo)致了可用的天然配體和構(gòu)成型AHR信號通路庫的擴(kuò)大。CYP1缺失導(dǎo)致CD31+肺內(nèi)皮細(xì)胞中AHR靶基因（Ahrr和Tiparp）的表達(dá)增加，而上皮細(xì)胞僅略有增加，免疫細(xì)胞沒有變化（圖2a）。綜上所述，這些結(jié)果確定了小鼠和人類肺的血管內(nèi)皮中AHR活性增加。

圖1 內(nèi)皮細(xì)胞是肺中AHR活性增加的一個(gè)部位?

02AHR可防止肺血管滲漏

為了了解內(nèi)皮細(xì)胞中擴(kuò)增的AHR信號是否影響肺屏障功能，作者用甲型流感病毒（X31）感染野生型（WT）小鼠和Cyp1-/-小鼠，并評估肺損傷。對流感病毒感染后第6天的支氣管肺泡灌洗液（BALF）的分析顯示，Cyp1-/-小鼠對感染誘導(dǎo)的肺屏障滲漏更有抵抗力。與WT對照組相比，這些小鼠的總細(xì)胞和紅細(xì)胞數(shù)量減少，肺內(nèi)免疫細(xì)胞浸潤減少(圖2b、c)。通過流感病毒感染的Cyp1-/-小鼠BALF中總蛋白和血清白蛋白濃度的測定，細(xì)胞浸潤的減少與肺損傷標(biāo)志物的減少相一致（圖2d）。Cyp1-/-小鼠的肺保護(hù)作用增加，但病毒負(fù)荷沒有變化（圖2e），這表明與AHR信號通路增加相關(guān)的保護(hù)作用是由于疾病耐受機(jī)制的增強(qiáng)，而不是改變抗病毒免疫。Cyp1-/-小鼠肺損傷的減少與感染后發(fā)病率的降低和存活率的增加相一致（圖2f，g)。在流感病毒感染后，Cyp1-/-小鼠的促炎反應(yīng)顯著被抑制。其特征是肺動(dòng)脈水平降低免疫細(xì)胞招募，早期IFN產(chǎn)生減少，BALF中促炎細(xì)胞因子和趨化因子濃度較低，肺實(shí)質(zhì)中免疫細(xì)胞分布減少。這些數(shù)據(jù)突出了AHR負(fù)反饋調(diào)節(jié)在消融后所賦予的保護(hù)作用促進(jìn)肺屏障的完整性，從而降低呼吸道病原體感染后疾病的嚴(yán)重程度。接下來，作者使用Cdh5cre-Ert2Rosa26LSL-YFP；ECΔAhr/Ahrflox/flox小鼠，發(fā)現(xiàn)內(nèi)皮Ahr缺失導(dǎo)致流感病毒感染后肺血管滲漏增加，加劇組織損傷，促進(jìn)細(xì)胞浸潤（圖2j-l）。ECΔAhr小鼠肺損傷的增加與流感病毒負(fù)荷的改變無關(guān)（圖2m）。此外，還觀察到支氣管上皮損傷和肺胸膜增厚（圖2n）。綜上所述，這些結(jié)果確定了內(nèi)皮特異性AHR活性作為肺屏障保護(hù)的宿主機(jī)制，可防止病毒感染后的血管滲漏。

圖2?內(nèi)皮中的AHR信號可防止肺血管滲漏

03呼吸道上皮細(xì)胞的內(nèi)皮保護(hù)

作者對從未感染和流感病毒感染的WT和ECΔAhr小鼠（感染后第6天）分離的肺內(nèi)皮細(xì)胞（CD31+）進(jìn)行了大量RNA測序，發(fā)現(xiàn)肺攻擊后保護(hù)性AHR信號變得明顯。對感染的WT內(nèi)皮細(xì)胞和ECΔAhr內(nèi)皮細(xì)胞中差異表達(dá)基因的通路分析發(fā)現(xiàn)，在沒有內(nèi)皮細(xì)胞AHR的情況下，細(xì)胞應(yīng)激反應(yīng)、代謝和細(xì)胞死亡有顯著的破壞（圖3b）。同時(shí)，對肺上皮細(xì)胞（EpCam+）的轉(zhuǎn)錄組進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)內(nèi)皮特異性Ahr缺失對肺上皮細(xì)胞的基因表達(dá)幾乎沒有影響。然而，在感染后檢測到ECΔAhr小鼠上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)錄譜的廣泛破壞（圖3c）。通路分析顯示，ECΔAhr上皮細(xì)胞的增殖和細(xì)胞間信號傳導(dǎo)明顯失調(diào)（圖3d），這表明在病毒感染后，肺內(nèi)皮細(xì)胞和上皮細(xì)胞之間存在廣泛的AHR驅(qū)動(dòng)的串?dāng)_。基因集合富集分析（GSEA）證實(shí)了細(xì)胞應(yīng)激譜（DNA修復(fù)、缺氧、氧化磷酸化、p53和活性氧）的富集。還觀察到ECΔAhr內(nèi)皮中屏障破壞和血管滲漏（頂端連接、凋亡、凝血和補(bǔ)體）和炎癥信號（缺氧、炎癥和糖酵解），以及受損上皮細(xì)胞中異常的有絲分裂譜（圖3e）。此外，在感染ECΔAhr肺中的擴(kuò)張?jiān)黾涌赡軐?dǎo)致有絲分裂上皮特征失調(diào)（圖3d，e）和上皮破壞，組織學(xué)分析證明如此（圖2n）。此外，流感病毒感染后氣道上皮細(xì)胞凋亡和壞死的頻率顯著增加，但在內(nèi)皮細(xì)胞和II型肺泡細(xì)胞中未檢測到差異（圖3f）?？傊?，這些發(fā)現(xiàn)強(qiáng)調(diào)了AHR信號在肺損傷后內(nèi)皮細(xì)胞中的重要性。AHR在血管系統(tǒng)中的活性可以防止內(nèi)皮應(yīng)激和屏障破壞，同時(shí)也可以調(diào)節(jié)流感病毒感染后氣道上皮細(xì)胞中異常增生的角質(zhì)化和凋亡特征。在ECΔAhr內(nèi)皮細(xì)胞中，最明顯被破壞的通路是apelin（由Apln編碼）信號通路（圖3b），通過qPCR證實(shí)了ECΔAhr內(nèi)皮細(xì)胞中apelin和APLNR表達(dá)的破壞（圖3g）。同樣，cyp1缺陷小鼠在肺內(nèi)皮中AHR信號通路增加，在血管系統(tǒng)中也顯示Apln表達(dá)增加（圖3h）。Apelin治療顯著減少了流感病毒感染的WT小鼠的肺損傷和血管滲漏（圖3i）。在ECΔAhr小鼠中應(yīng)用阿皮林的療效降低是由于其血管Aplnr表達(dá)的顯著降低（圖3g）。使用競爭性APLNR拮抗劑MM54治療后均表現(xiàn)出肺血管滲漏增加（圖3j)。綜上所述，這些發(fā)現(xiàn)確定了apelin-APLNR信號軸是AHR依賴的肺保護(hù)機(jī)制，它可以防止流感誘導(dǎo)的肺損傷后的內(nèi)皮應(yīng)激、血管滲漏和上皮重構(gòu)。

圖3 內(nèi)皮細(xì)胞AHR通過氣道上皮Apelin信號通路介導(dǎo)肺保護(hù)，并防止氣道上皮細(xì)胞中發(fā)育不良的凋亡反應(yīng)。

04腸肺軸決定肺部病理變化

感染后WT肺內(nèi)皮細(xì)胞中AHR信號通路的顯著抑制（圖4a，b）。與感染的WT對照組相比，感染的ECΔAhr小鼠表現(xiàn)出AHR信號通路進(jìn)一步降低（圖4c），肺血管滲漏增加。膳食代謝物是天然AHR配體的豐富來源。作者通過膳食中添加吲哚-3-甲醇（I3C）來增加AHR配體的攝入量。喂食富含I3C飲食的小鼠在所有肺細(xì)胞亞群中AHR信號均顯著增加，但主要是在肺內(nèi)皮細(xì)胞中（圖4d）。此外，作者發(fā)現(xiàn)天然膳食配體對肺AHR活性的貢獻(xiàn)。流感感染后，肺內(nèi)皮細(xì)胞中Apln的表達(dá)也降低，通過補(bǔ)充AHR配體可以恢復(fù)這一表達(dá)（圖4f）。綜上所述，這些發(fā)現(xiàn)表明，內(nèi)皮細(xì)胞中的保護(hù)性AHR活性受到飲食攝入的調(diào)節(jié)，而飲食攝入可被感染狀態(tài)所改變。接下來，作者試圖了解由I3C補(bǔ)充飲食介導(dǎo)的AHR信號增強(qiáng)是否影響疾病進(jìn)展。喂食I3C補(bǔ)充飼料的小鼠表現(xiàn)出相似水平的免疫細(xì)胞招募、細(xì)胞因子和趨化因子的產(chǎn)生，除了I型和III型IFN產(chǎn)量略有減少。相比之下，由膳食配體誘導(dǎo)的擴(kuò)增的肺AHR信號可以保護(hù)小鼠免受流感誘導(dǎo)的組織損傷和血管滲漏（圖4g-i）。I3C飲食誘導(dǎo)的肺保護(hù)同時(shí)依賴于內(nèi)皮細(xì)胞中的AHR信號（圖4h，i）和APLNR信號（圖4j，k）?？偟膩碚f，這些發(fā)現(xiàn)表明，天然飲食AHR配體誘導(dǎo)肺血管系統(tǒng)中沿腸-肺軸的保護(hù)性AHR信號，以促進(jìn)宿主對呼吸道病毒病原體的防御。

圖4 流感病毒感染后，保護(hù)性肺AHR信號的丟失受到飲食攝入的調(diào)節(jié)

文章小結(jié)

這項(xiàng)研究揭示了AHR對于內(nèi)皮細(xì)胞層在肺部維持強(qiáng)大的屏障非常重要，多吃花椰菜等十字花科蔬菜，可以激活肺內(nèi)皮細(xì)胞中的芳香烴受體（AHR），有助于保護(hù)肺屏障功能和感染后肺部的修復(fù)。該研究展示了內(nèi)皮細(xì)胞在腸-肺軸中的重要作用，通過內(nèi)皮細(xì)胞將飲食與預(yù)防肺部感染聯(lián)系了起來。整體邏輯清晰、層層遞進(jìn)、環(huán)環(huán)相扣！無論是研究思路還是寫作方法都值得大家學(xué)習(xí)和思考，感興趣的小伙伴們快來看看吧！