微生物组（病毒组）的病毒成分对先天免疫和适应性免疫发展的贡献在很大程度上是未知的。
编译：微科盟蓝胖儿，编辑：微科盟茗溪、江舜尧。
论文ID
原名：Entericvirusesevokebroadhostimmuneresponsesresemblingthoseelicitedbythebacterialmicrobiome
译名：肠道病毒引起广泛的宿主免疫反应，类似于细菌微生物群引起的免疫反应
期刊：CellHost&Microbe
IF：21.023
通讯作者：KenCadwell
通讯作者单位：纽约大学格罗斯曼医学院
DOI号：10.1016/j.chom.2021.03.015
实验设计
结果
病毒共生关系的研究因缺乏建立动物模型受到阻碍。已建立的模型通常涉及腹膜或静脉接种病毒以绕过局部防御，或使用敲除小鼠抑制抗病毒的途径。另一个挑战来自广泛存在于动物体内的分段丝状细菌（SFB）和小鼠星形病毒抑制肠道病毒感染的能力。因此，细菌或病毒微生物群可能阻碍了对某些病毒的研究。这些问题促使我们对口服不同肠道病毒的常规无特定病原体（SPF）小鼠和GF小鼠进行病毒负荷的比较。
图2肠道病毒促进免疫细胞群的变化。（A）热图显示与FDR<0.1的GF对照相比，接种单个病毒或MDF小鼠的cLP和siLP免疫群体的平均倍数变化（见图S2中的控制策略）。灰色：FDR>0.1。顶部的柱状图表示FDR<0.1且倍数变化>1.5的免疫群体比例。（B-E）CD62L+CD44-（B）、CD62L+CD44-（C）、T-bet+（D）、pDCs（E）、CD4+（B-D）、CD8+（B-C）、或CD45+（E）在cLP的群体倍数变化。每个点代表一个样本。方框图表示从最小值到最大值的值。（F和G）Foxp3+细胞在cLP（F）或在siLP（G）占CD4+群体的百分比。每个点代表一个样本。方框图表示从最小值到最大值的值。（H和I）基于cLP（H）和siLP（I）种群频率的分层聚类。（J和K）由病毒特征的db-RDA确定的效应大小：作为cLP（J）和siLP（K）群体频率方差解释变量的特性、基因组、持久性和病毒血症。饼图表示基因组、持久性和病毒血症的综合效应大小。通过单因素方差分析和Dunn事后分析计算统计显著性，并通过Benjamini-Hochberg程序（A-E）或非参数Mann-Whitney检验（F和G）进行多次检验。
我们的结果证实了几个预期的结果，验证了我们的方法。我们观察到CD4+和CD8+原始T细胞（CD62L+CD44-）减少，CD4+和CD8+相应的效应记忆T细胞（CD62L-CD44+）增加（图2B和2C）。我们还检测到T-bet+T细胞的增加，证实了Th1反应的存在（图2D）。对于MNVCW3反应，cLP中巨噬细胞数量增加，与传统接种该病毒小鼠的效果一致。此外，至少有三种肠道病毒引起结肠pDCs的扩张（图2E），这是一个受细菌微生物群调节的群体。尽管有这种共性，接种病毒的小鼠和MDF之间的重叠是有限的。MDF最显著的作用之一是诱导FOXP3-RORγt+CD4+Th17细胞，但病毒暴露对这一群体的影响是可忽略不计（图2A）。相反，我们观察到cLP中，MVMi使FOXP3+CD4+T细胞（Tregs）增加（图2F）和siLP中T1L和MAdV1使Tregs增加（图2G）。该群体中RORγt的缺失表明这些Tregs不同于细菌诱导的外周Tregs（图2A）。
我们使用层次聚类来定义不同条件下整体免疫细胞组成的相对相似性（图2H和2I）。在cLP和siLP中，MDF处于不同于单个病毒和GF对照的分支中。病毒没有根据分类学关系进行分离，这表明观察到的免疫调节特性是病毒科或属的固有特性。
在检查的其他组织中，mLNs和肺在病毒感染后显示出最大的变化（图S3A）。与肠固有层一样，我们观察到，在较小程度上，肺中原始T细胞减少，CD4+和CD8+效应T细胞增加。在这些组织中，identity是主要的原因（图S3C）。总之，这些数据表明肠道病毒影响免疫细胞的组成，其中大部分是病毒序列特异性的。
图3肠道病毒增加免疫细胞产生细胞因子。（A）热图显示用所示病毒接种小鼠的cLP和siLP中细胞因子产生免疫细胞的平均倍数变化，或相对于FDR<0.1的GF对照组的MDF。灰色：FDR>0.1。（B-D）IFN-γ+（B）和IL-22+（C-D）细胞在cLPCD4+和CD8+（B）、cLPCD45+（C）和siLPCD45+（D）中的倍数变化。每个点代表一个样本。方框图表示从最小值到最大值的值。（E和F）代表性点图（E）和IFN-γ+IL-10+细胞在cLPCD4+T细胞群体中的百分比（F）。每个点代表一个样本。方框图表示从最小值到最大值的值。（G和H）基于cLP（G）和siLP（H）细胞因子产生频率的不同微生物关联的层次聚类。（I和J）由病毒特征的db-RDA确定的效应大小：作为产生cLP（I）和siLP（J）细胞因子的免疫细胞频率方差的解释变量的特性、基因组、持久性和病毒血症。饼图表示基因组、持久性和病毒血症的综合效应大小。通过单因素方差分析和Dunn事后分析计算统计显著性，并通过Benjamini-Hochberg程序（A和B）、Kruskal-Wallis检验和Dunn的事后分析（C和D）或非参数Mann-Whitney检验（F）进行修正。
虽然与固有层中观察到IL-22不同，我们在其他组织中没有观察到细胞因子产生的相同的变化，但我们注意到一些病毒株特异性变化（图S4A）。例如，IFN-γ+IL-10+CD4+T细胞（Tr1细胞），一个具有调节功能的辅助T细胞亚群，在cLP和mLN中感染持续株MNVCR6的小鼠中增加（图3E和3F）。
cLP和siLP细胞中细胞因子产生的分层聚类显示，病毒感染小鼠并不像我们基于细胞表面标记物和转录因子分析免疫细胞群时那样明显地形成独立于GF和MDF小鼠的分支（图3G和3H）。与之前的分析一样，来自同一科的病毒并不均匀地聚集在一起，细胞因子产生的主要原因是同源性，其次是基因组（图3I、3J和S4E）。因此，这些结果表明，病毒感染的小鼠中产生细胞因子的免疫细胞增加，这些细胞是常见的和病毒株特异性的。
抗菌基因表达增加是共生细菌肠道定植的标志。我们通过构建一个抗菌基因集来检测病毒感染期间抗菌基因的表达，其中基因注释为GO：0050829（对革兰氏阴性细菌的防御反应）、GO：0050830（对革兰氏阳性细菌的防御反应），和GO：0061844（由抗菌肽介导的抗菌体液免疫反应）。与GF对照组相比，病毒感染小鼠中许多抗菌基因的表达增加（≥1.5倍，p≤0.01）（图5C和5D）。但总体反应不如MDF强。尽管如此，仍然存在完全由病毒诱导的转录物，包括甘露糖结合蛋白C（Mbl2）和干扰素诱导的GTPase、Iigp1、Irgm2和Gbp2。
MNVCR6通过诱导局部IFN-I反应加强肠道屏障，但MNVCW3不能。IFN-I（IFN-α和-β）和III型干扰素（IFN-l）是针对病毒核酸产生的抗病毒细胞因子，这些病毒核酸引起一组类似的干扰素刺激基因（ISG），我们在此统称为“IFN信号”。与我们之前的研究结果一致，接种MNVCR6而不是MNVCW3与IFN信号有关（图5E）。令人惊讶的是，一些病毒（如MuAstV）产生了高水平的病毒核酸，我们小组中其他病毒没有产生IFN信号。此外，只有MNVCR6与ISG调控因子下游的转录增加有关（图5F）。我们确认代表性ISGsIsg15、Ifit1和Oas1a的表达仅在MNVCR6定殖的小鼠中增加（图S6A）。
与IFN-I相反，IL-22应根据其对转录变异的影响大小调节多种病毒的DE基因（图S5D）。我们使用基因集富集分析（GSEA）确定小鼠肠道中改变的Il-22-/-转录物是否在病毒感染小鼠中受到差异调节。该分析证实，大多数病毒感染小鼠产生IL-22信号（图S6B和S6C）。
由于用于识别细胞类型的控制策略和标记物的差异，将流式细胞术数据与用细菌单克隆小鼠收集的结果进行比较时，我们将比较限制在16个免疫细胞亚群，这些亚群在数据集中以类似的方式进行量化（表S5）。使用两个数据集的Z分数进行分层聚类表明，两个数据集的GF组聚集在一起，正如我们研究的MDF和Geva-Zator-sky等人的SPF一样（图6F和6G）。大多数细菌和病毒与GF或与MDF和SPF不同的相邻分支聚集在一起，表明单独存在的特定细菌或病毒的贡献仅占微生物依赖于免疫细胞组成的总影响的一小部分。病毒散布在细菌之间，而不是聚集在一个分支中，这表明病毒诱导的免疫细胞频率变化并不能反映对病毒的统一免疫反应，这与细菌诱发的反应不同。
讨论
将我们的结果与使用细菌单克隆小鼠收集的类似数据集进行比较，确定了刺激重叠反应的病毒-细菌对。例如，粪肠球菌（E.faecalis）和MNVCR6具有相同的结肠基因表达特征，这增加了我们对该方法的信心，因为这两种感染因子在肠道损伤DSS模型中也具有相同的保护能力。一些引起与病毒重叠的免疫反应的细菌与疾病有关，如IBD中的活泼瘤胃球菌（Ruminococcusgnavus）和普通拟杆菌（Bacteroidesvulgatus）。在疾病依赖于这些细菌的动物模型中测试匹配病毒的作用将是有趣的。
我们的调查仅限于有限数量的病毒，并没有捕捉到在人类中发现的大量病毒的多样性。虽然从人类肠道分离的细菌通常会在GF小鼠体内定植，但许多医学上重要的病毒在接种到小鼠体内时表现出狭窄的物种趋向性或改变毒性。更广泛的病毒调查可能会发现更多的细胞类型和受病毒感染影响的途径。另一个限制是，我们选择了单一感染方法来识别直接反应，避免遗漏与现有微生物群重叠的免疫效应。这种方法也使我们能够在计算机上比较病毒诱导的免疫反应与细菌单菌落小鼠诱导的免疫反应。。
我们的研究结果表明，肠道中的真核病毒除了作为胃肠炎病原体的作用外，还有未被认识到的免疫调节能力。在适当的环境下，对病毒感染的反应可能是有益的，这一点已通过原理性实验证明，预防性使用MNV和MuAstV菌株可保护小鼠免受肠致病性大肠杆菌（E.coli）感染。且为治疗目的操纵肠道病毒组是有先例的，口服脊髓灰质炎病毒疫苗提供了对其他病原体的交叉保护，这是已被用作在脊髓灰质炎流行地区接种这种减毒病毒而不是灭活疫苗的理由。正在进行的动物模型研究将有助于对基于病毒组的干预措施进行未来的安全性和有效性评估。
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