肠道是哺乳动物消化食物和吸收营养的重要器官，也是人体最大的内分泌和免疫器官，能够分泌抗菌肽、溶菌酶以及免疫球蛋白等维护肠道内稳态。分泌型免疫球蛋白A（SIgA）是黏膜屏障的重要组成部分。SIgA水平下降与感染易感性增加以及黏膜损伤后的过度炎症反应相关。肠道SIgA的产生依赖于微生物组，特定微生物可驱动整体免疫反应的强度。作者在前期研究发现，不同小鼠肠道中SIgA水平具有非常大的差异，推测这种差异可能是由肠道共生菌介导的IgA降解作用引起的。然而，导致小鼠肠道SIgA水平降低的具体细菌仍不清楚。

全文解读

1. Tomasiella immunophila 在体外降解IgA

作者首先对IgA水平低的小鼠粪便样本进行厌氧培养，发现这些培养物能够降解外源性IgA（图1A,B）。进一步作者在粪便样本中筛选能够降解IgA的特定菌落，但是通过普通的分离培养未能筛选到能够降解IgA的细菌。因此作者转而用抗生素对菌落进行筛选，其中菌落#8在四环素平板上出现了点状菌落，并显示出完全的IgA降解活性（图1F）。根据16S rRNA基因测定以及基因组分类数据库工具包鉴定，作者将该菌命名为Tomasiella immunophila（图2A），在显微镜下观察到T. immunophila（Ti）为革兰氏阴性细菌，具有不规则形态。其不规则形态是因为Ti缺乏从果糖6-磷酸从头合成N-乙酰葡糖胺（GlcNAc）和N-乙酰胞壁酸（MurNAc）所需的酶GlmS、MurA和MurB，因此依赖于从环境中获取MurNAc来合成其细胞壁。该结论在Ti与外源性MurNAc共培养时，Ti的形态转变为均匀的杆状得到了证实（图2B）。

虽然缺乏肽聚糖生物合成的关键基因，但其基因组中编码了肽聚糖和MurNAc/GlcNAc代谢基因，这表明了作为细胞壁营养缺陷型细菌在小鼠肠道中生存的机制。这些发现表明，Ti已经进化出适应小鼠肠道微生物生态位的策略，以补偿其细胞壁营养缺陷。此外，作者通过透射和扫描电镜观察到Ti存在大量的外膜囊泡（OMVs），并且通过培养液离心发现其IgA降解活性与OMVs相关（图2E,F），而超声或2% Tween 20破坏OMVs会导致IgA裂解减弱（图2G），表明Ti可能借助OMVs稳定IgA蛋白酶并扩大蛋白质分布，以此降解肠道中的大量SIgA（图2G）

图1. 低水平IgA小鼠粪便的功能性筛选鉴定出IgA-降解细菌。

图2. T.immunophila代表先前未鉴定的Muribaculaceae科的属和种

2. Ti定植降低肠道IgA水平

作者还发现，共同饲养IgA水平低与高的小鼠会导致所有小鼠IgA水平下降，并在所有小鼠粪便中检测到Ti（图3A,B）。此效应可以通过万古霉素处理恢复高IgA水平（图3D）。尽管Ti可在小鼠间传递，但在多种条件下未定植于小鼠体内，并且通过外源补充MurNAc仍不支持其定植。而与IgA水平高的粪便悬液同时给予时，Ti可定植并降低IgA水平（图3E）。表明IgA水平高的粪便微生物组成分可能促进Ti在小鼠体内的定植。

接下来作者通过PCR与FISH实验探索了Ti在小鼠中的生物地理分布。在IgA水平低的小鼠中，Ti存在于小肠和大肠，但在盲肠和结肠更丰富（图3G,H）。IgA水平低的小鼠盲肠和结肠中Ti丰度与SIgA水平负相关（图3I）。

图3. T.immunophila介导的IgA降解使小鼠更易受感染

3.Ti定植加剧肠道感染和损伤 

非伤寒沙门氏菌感染以及灭活的沙门氏菌口服接种都会诱导小鼠肠道产生IgA，从而限制伤寒沙门氏菌的生长和黏膜侵袭。本文进一步验证了该结论，通过与仅接种IgA水平高粪便悬液的小鼠比，同时接种Ti的小鼠在沙门氏菌感染中保护力降低（图3M）SIgA还与白色念珠菌结合，促进其清除。IgA水平低和Pigr−/−小鼠对DSS损伤敏感，接种Ti的小鼠在DSS处理后体重损失更大，恢复更少，组织学分析显示Ti定植延缓了损伤后的修复。这些数据表明，Ti介导的SIgA耗竭引发与IgA水平低小鼠相似表型，满足科赫法则，确认Ti为小鼠低SIgA表型的致病微生物。

4. Ti诱导产生针对自身的SIgA

T细胞依赖的SIgA对抗黏膜病原体，而病原体可通过分泌蛋白酶逃避防御。作者测试了Ti是否符合此模式，发现口服Ti后，WT B6小鼠粪便中针对它的高亲和力SIgA水平升高（图4A-C），且高特异性（图4D）。这表明Ti有效诱导针对自身的SIgA。使用功能丧失株测试显示，与WT小鼠相比，Rag1−/−（无T和B淋巴细胞）和Pigr−/−（无肠腔IgA和免疫球蛋白M（IgM））小鼠中Ti定植减少（图4E,F），表明IgA可调节定植但不是非必需的。Ti介导的IgA诱导和降解机制可能涉及从降解IgA中释放的氨基酸，尽管IgA水平高低小鼠的氨基酸水平相似（图S9），但需进一步研究IgA降解产物与微生物组的相互作用。

图4. T.immunophila 诱导对自身特异的肠IgA的产生

5. Ti优先降解κ型轻链

肠道微生物能诱导多种免疫球蛋白产生。Ti能降解所有小鼠免疫球蛋白同型，其中IgA、IgE和IgM被完全降解，而IgG保留抗蛋白水解片段（图5A）。N端测序发现IgG在铰链区有保守切割位点（图5B）。Ti切割IgG1的野生型和突变型融合蛋白，但突变型在新上游位点被切割（图5C）。后续实验证实，仅Fab片段被切割，Fc未被切割（图5D）。Ti优先靶向带有κ轻链的免疫球蛋白（图5E-G）。

体外试验显示，IgG、IgA和IgM被有效切割，主要靶向κ轻链抗体，而λ轻链保持完整（图5H-I）。并且通过对免疫球蛋白时进行酶学特性分析发现，IgA、IgE和IgM被完全切割是因为多种酶在这些底物的不同位点共同作用形成的。动力学研究显示，IgG的重链和轻链同时被消化。Ti的外膜囊泡（OMVs）能切割所有免疫球蛋白同型。尽管鉴定出23种候选蛋白酶，但均未能切割IgA或IgG。这些结果揭示了Ti对免疫球蛋白的复杂降解机制，优先靶向κ轻链抗体。

图5. T.immunophila 优先降解具有κ轻链的小鼠免疫球蛋白

6.抗体轻链决定Ti的切割作用

对其他宿主免疫球蛋白的调查显示，仅亲缘关系近的物种（大鼠、仓鼠、豚鼠）对Ti介导的抗体降解敏感（图6A）。大鼠IgG不同亚类被切割效率不同，且Ti能完全降解不同小鼠品系和大鼠的IgA。仓鼠中，带k轻链的IgG是Ti的靶标（图6B），而人类抗体均对切割有抗性（图6C）。我们设计了嵌合IgG抗体，发现Ti切割带小鼠k轻链的抗体，但对带人类k轻链的抗体有抗性（图6D,E）。序列比对显示，小鼠IgG中的切割位点也存在于人类IgG中。体外反应表明，Ti在还原条件下降解人类IgG重链，轻链保持完整。研究表明，Ti在轻链处开始切割，轻链序列差异可能解释其对不同物种抗体的降解能力。总之，Ti在多个位点切割带k轻链的免疫球蛋白，产生小片段，而l轻链保护重链免受消化。

图6. 轻链决定了T.immunophila 对物种特异性免疫球蛋白的切割

总结   

本研究在小鼠肠道菌中发现并鉴定出一种先前未识别的革兰氏阴性菌Tomasiella immunophila，对IgA表现出强烈的蛋白酶水解活性。Ti是一株N-乙酰胞壁酸营养缺陷型细菌，并且无法单独在小鼠肠道中定植，需要高IgA小鼠粪便悬浮液辅助定植。Ti在小鼠肠道稳定定植后，能够通过其外膜囊泡分泌多种免疫蛋白降解酶，这些蛋白酶优先降解带有κ轻链而非λ轻链的抗体，引起宿主IgA水平降低、对黏膜病原体的易感性增加，导致延缓黏膜屏障修复。综上所述，本篇研究为将来鉴定并分离功能型细菌，以及研究它们与疾病的关系提供了重要的参考意义。