下调色氨酸-IPA-IL22轴,诱导肠道高毒力肺炎克雷伯菌肝脓肿

高毒力肺炎克雷伯菌（hvKp）是亚洲侵袭性肝脓肿综合征的重要病原体，因为发病机制的错综复杂，使其带来了巨大的临床挑战。这项研究不仅强调了肠道微生物组在调节色氨酸代谢和 IL-22 途径中的关键作用，还强调了其在防止hvKp 从结肠迁移到肝脏方面的关键功能。

肠道菌群的耗竭会损害宿主对肺炎克雷伯菌肝脓肿的防御能力

使用广谱抗生素来消耗小鼠的肠道菌群，然后通过 hvKp 强饲法诱导肝脓肿模型，以阐明抗生素使用对感染 hvKp 的小鼠肝脓肿的影响。感染 hvKp 后 48 小时，所有抗生素（ABX）组小鼠肝脏均出现肉眼可见的明显脓肿（图1右）。ABX组感染 hvKp 后表现出比 PBS 缓冲液处理组感染 hvKp后有着更高的死亡率（图1左）。结果表明，抗生素诱导的肠道微生物群耗竭显着损害宿主对细菌入侵的防御，导致小鼠肺炎克雷伯菌肝脓肿的易感性和严重程度增加。

图1

左连续10天每天监测生存率和对照组（CON）。 右ABX + hvkp 组的肝脏外观。

抗生素的使用减弱了 IL-22 对 hvKp 诱导的肝脓肿的保护作用

qPCR 和 ELISA 结果均证实，hvKp 感染在未进行抗生素治疗的小鼠中诱导了 IL-22 的增加，但在ABX小鼠中这种增加被抑制（图2A和图2B）。通过比较肝脓肿患者和健康对照者的血清 IL-22 水平，发现前者的 IL-22 水平高于后者（图2C）。此外，一项研究表明，有抗生素使用史的 KLA 患者的 IL-22 水平低于没有抗生素使用史的患者(图2D）。这种区别强调了 IL-22 在 hvKp 感染情况下的保护作用。 总之，研究结果强调了由于抗生素的使用，IL-22 在 KLA 中的保护作用减弱。

图2

（A） 在感染 hvKp 或对照溶剂 （PBS） 后 24 小时，PBS 和 ABX 小鼠结肠中 Il-22 、Il-10  和 Il-17a  的 mRNA 表达水平。（B） 感染后 48 h 通过小鼠眼球采血获得血浆。通过 ELISA 测定四组中 IL-22 、IL-10  和 IL-17A  的血浆浓度。（C） 健康个体 、KLA 患者和 NKLA 患者临床标本中的血清 IL-22 浓度。（D） 有和无抗生素使用史的 KLA 患者血清 IL-22 水平的比较。

重组 IL-22 给药为 ABX 小鼠提供针对 hvKp 的保护

为了抵消 ABX 小鼠肠道 IL-22 表达的降低，在 hvKp 感染后 4 小时施用重组 IL-22 （rIL-22,0.5 μg）（图3A）。与未治疗的 ABX 小鼠相比，接受 rIL-22 治疗的小鼠表现出更高的 10 天生存率和显着降低肝脏和结肠组织中的 hvKp 细菌载量（图3B和图3C）。这些结果证实了 rIL-22 补充剂在缓解抗生素处理小鼠的 hvKp 感染中的关键作用，表明其在此类感染情况下的治疗潜力。

图3

（A） 用于分析 rIL-22 对 hvKp 易感性影响的治疗方案。感染后 4 小时，小鼠腹膜内注射 0.5 μg rIL-22 （rIL-22 组）或等量 PBS （CON 组）。（B） rIL-22 对感染 hvKp 的小鼠存活的影响。连续 10 天每天监测生存率 。（C） 在 hvKp 感染后 48 小时测定结肠和肝脏中的细菌计数。

抗生素处理小鼠色氨酸代谢的破坏会影响对 KLA 的易感性

ABX 小鼠的肠道菌群通过改变 IL-22 的产生来影响对 hvKp 诱导的肝脓肿的易感性。这种影响可能源于微生物群对胃肠道内色氨酸代谢的影响。色氨酸被肠道细菌代谢成吲哚衍生物，如吲哚-3-乙酸 （IAA），或被宿主细胞通过吲哚胺 2,3-双加氧酶代谢成犬尿氨酸。我们对小鼠（未感染的ABX和对照组小鼠）和临床病例标本（肝脓肿患者和健康对照）进行了色氨酸代谢分析。色氨酸代谢测定显示，IAA 和吲哚丙酸 （IPA） 构成色氨酸代谢的重要成分（图4A和4B）。结果表明，色氨酸代谢中断是抗生素处理的小鼠和患者对 KLA 易感性增加的关键因素。

图4

（A） 聚类分析图：ABX 组与 CON 组肠道色氨酸代谢物的比较表达模式 。（B） 聚类分析图：临床标本中色氨酸代谢物的表达模式。KLA 与健康个体之间的比较，显示不同的代谢物谱。

关键发现

（1）抗生素通过干扰色氨酸代谢来抑制 IL-22 和 Reg3β功能

（2）IPA 或 rIL-22 疗法改善抗生素治疗小鼠的肠道耐药性

结论

研究强调了抗生素诱导的肠道菌群失调对宿主对 hvKp 免疫反应的关键影响，使用口服强饲法诱导的肝脓肿小鼠模型。我们的研究结果表明，这种生态失调减少了吲哚衍生物（特别是 IPA）的产生，并降低了 IL-22 水平。此外，还涉及 Reg3β 的下调。IPA-IL-22 的级联效应可能会显着降低 Reg3β（一种必需的抗菌肽）的表达，从而可能促进 hvKp 的增殖。随之而来的肠道屏障破坏使 hvKp 易位到肝脏，从而增加对 KLA 的易感性。这一发现强调了了解抗生素使用、肠道微生物群和免疫反应在 KLA 发病机制中的相互作用的重要性。

参考文献：You X, Wang L, Wang H, et al. Liver abscess induced by intestinal hypervirulent Klebsiella pneumoniae through down-regulation of tryptophan-IPA-IL22 axis[J]. iScience, 2024.