每年，全球大約有5000萬人患上膿毒癥，其中死亡人數超過20%。膿毒癥是一種由感染引發的疾病，嚴重時可導致一個或多個器官功能衰竭。孕產婦膿毒癥可導致嚴重的并發癥，包括先兆子癇和早產，在英國被認為是孕產婦死亡的主要原因之一。

妊娠期間發生的生理變化容易導致膿毒癥惡化，并帶來較高的死亡風險。然而，造成死亡率增加的機制尚不清楚，也缺乏相關的治療方法。若能深入了解膿毒癥婦女全身免疫紊亂的機制，也許能揭示一些治療方法，改善孕產婦及新生兒的健康。

近日，南方醫科大學中醫藥學院的龔神海團隊在妊娠期膿毒癥易感機制研究方面取得進展。研究者發現，妊娠引起的腸道菌群變化會驅動巨噬細胞焦亡，并加劇化膿性炎癥。這項研究成果發表在《Immunity》雜志上，中醫藥學院龔神海副教授、肖煒研究員和基礎醫學院姜勇教授為本文通訊作者。
 

圖片來源：《Immunity》
（https://doi.org/10.1016/j.immuni.2023.01.015）

研究材料與方法
在這項研究中，研究人員使用了兩種膿毒癥小鼠模型：盲腸結扎穿刺（CLP）和脂多糖（LPS）誘導模型，其中使用的無菌雌性小鼠是由賽業生物提供的。研究者用廣譜抗生素ABX來清除小鼠的腸道菌群，然后開展腸道菌群移植。在分析腸道菌群變化時研究者采用了多組學分析，還通過免疫沉淀等分析確定了FMN的互作對象和作用機制。

技術路線
01 通過腸道菌群移植確定膿毒癥的易感性增加與腸道菌群有關
02 通過綜合多組學分析確定糞副擬桿菌及其產物FMN對膿毒癥小鼠有保護作用
03 FMN可抑制膿毒癥小鼠的巨噬細胞焦亡
04 FMN直接與hnRNPUL2相互作用，阻止其與Nlrp3啟動子序列結合

研究結果
1.膿毒癥的易感性增加與腸道菌群有關
為了分析妊娠是否會增加對膿毒癥的易感性，研究人員采用了多種模型。在盲腸結扎穿刺（CLP）小鼠模型中，與非懷孕組相比，懷孕組在CLP后的死亡率大幅增加。LPS處理的小鼠也出現了類似的結果。組織病理學檢查顯示，接受CLP的懷孕小鼠出現更嚴重的多器官損傷和細胞死亡。同時，妊娠會增加CLP誘導的局部炎癥反應，并抑制病原體清除能力，從而增加對膿毒癥誘導的多器官衰竭的易感性。

腸道菌群參與了膿毒癥的發病機制，其組成在妊娠期間被重塑。因此，研究人員假設孕產婦膿毒癥的高死亡率與腸道菌群失調有關。通過抗生素處理和腸道菌群移植 FMT。研究者發現接受懷孕供體腸道菌群的小鼠有更高的血清ALT活性，且CLP后血漿中的細胞因子濃度也高于對照小鼠。懷孕供體的腸道菌群移植增加了膿毒癥小鼠血液和腹腔灌洗液中的細菌載量。這些結果表明，妊娠期間腸道微生物組的變化足以驅動膿毒癥進展。

2.糞副擬桿菌或FMN對膿毒癥小鼠有保護作用
接下來，研究者便深入剖析了妊娠期間腸道菌群的變化如何導致膿毒癥的易感性增加。16S rRNA基因測序的結果顯示，懷孕組和非懷孕組的腸道菌群存在明顯的組間分離。線性判別分析表明，懷孕婦女和小鼠的共同點是腸道副擬桿菌屬（Parabacteroides merdae）豐度下降。同時，與非懷孕小鼠相比，懷孕小鼠體內的芒柄花素（FMN）水平較低（圖1），FMN屬于異黃酮類化合物，具有抗炎作用。通過綜合多組學分析，研究者進一步證實了副擬桿菌與FMN豐度之間的相關性。而且在懷孕婦女和小鼠中，下降的是糞副擬桿菌，而不是其他物種。
 

副擬桿菌(P. merdae) 豐度和芒柄花素（FMN）在妊娠期間下降^[1]

對糞副擬桿菌進行全基因組測序后，研究者發現這種細菌的基因組包含13個開放閱讀框，編碼不同的β-半乳糖苷酶家族成員。腸道中的β-半乳糖苷酶可水解食物中的活性化合物，生成高活性的異黃酮類化合物（包括FMN）。研究者發現，利用糞副擬桿菌預處理膿毒癥小鼠后，小鼠腹腔灌洗液中的FMN濃度增加。妊娠期間隨著糞副擬桿菌的減少，膿毒癥小鼠腹腔內的FMN濃度也下降，表明糞副擬桿菌通過減少FMN的生成而參與膿毒癥的進展。

為了明確糞副擬桿菌在膿毒癥中的作用，研究人員用糞副擬桿菌對膿毒癥小鼠進行預處理，發現小鼠血漿和腹腔灌洗液中的TNF-α和IL-1β等細胞因子下降，且小鼠生存率提高。同樣地，FMN處理也減少了膿毒癥小鼠腹腔和血液中的細菌量，提高了小鼠的生存率。這些數據表明，糞副擬桿菌或FMN的注射可以減少炎癥反應，對膿毒癥小鼠有保護作用。

3.FMN抑制了巨噬細胞焦亡
研究人員猜測，妊娠通過破壞正常的免疫功能而加重了膿毒癥。為了驗證這一假設，研究者對膿毒癥小鼠腹腔灌洗液中的免疫細胞進行定量。懷孕小鼠接受CLP或LPS處理后，巨噬細胞和中性粒細胞數量減少。后續分析發現，巨噬細胞的耗竭會加劇膿毒癥小鼠的多器官功能衰竭，而糞副擬桿菌和FMN注射都能增加小鼠的腹膜巨噬細胞數量。因此，FMN通過抑制免疫功能失調來促進細菌清除，從而降低膿毒癥小鼠的死亡率。

不過，這背后的具體機制是什么？以往的研究發現，在膿毒癥發生時腹膜巨噬細胞會發生焦亡。因此，研究者提出，懷孕膿毒癥小鼠腹膜巨噬細胞的減少是因為焦亡。FMN的注射抑制了LPS加ATP誘導的巨噬細胞焦亡，伴隨著caspase-1 p20和GSDMD-N產生和LDH釋放的減少。在經過LPS加ATP處理的BMDM中，FMN還減少了Nlrp3 mRNA轉錄本以及IL-1β和IL-18的釋放（圖2）。

圖2 FMN抑制了巨噬細胞焦亡^[1]

蛋白質組學分析顯示，在LPS加ATP處理的BMDM中，RNA結合蛋白hnRNPUL2是FMN注射后降幅最大的蛋白質。通過RNA干擾分析，研究者發現hnRNPUL2的沉默可以減少BMDM的細胞焦亡。在hnRNPUL2-siRNA處理的BMDM中，FMN對焦亡的抑制作用減弱，表明FMN以hnRNPUL2依賴性的方式阻止巨噬細胞焦亡。通過免疫沉淀等分析，研究者發現FMN直接與hnRNPUL2相互作用，引發BMDM的溶酶體降解，從而導致hnRNPUL2在細胞核的積累減少，最終阻止其與Nlrp3啟動子序列的結合，進而抑制巨噬細胞焦亡。

最后，研究人員評估了hnRNPUL2在CLP誘導的膿毒癥中的作用。hnRNPUL2的基因沉默改善了CLP小鼠的存活率并減弱了多器官功能衰竭。此外，膿毒癥患者腸道內的糞副擬桿菌和FMN豐度與病情發展呈負相關。至此，研究者揭示了FMN-hnRNPUL2-NLRP3軸在妊娠期膿毒癥中的重要性。

研究結論

妊娠期腸道微生物紊亂驅動膿毒癥期間巨噬細胞死亡的分子機制^[1]

總的來說，這項研究顯示了妊娠期間的腸道菌群失調如何通過促進hnRNPUL2與Nlrp3啟動子區域的相互作用來引發caspase-1介導的細胞焦亡，從而增加了膿毒癥易感性（圖3），這為開發膿毒癥的新型治療策略提供了思路。

原文檢索：
[1] Chen X, Wu R, Li L, et al. Pregnancy-induced changes to the gut microbiota drive macrophage pyroptosis and exacerbate septic inflammation. Immunity. 2023 Feb 14;56(2):336-352.e9. doi: 10.1016/j.immuni.2023.01.015.  PMID: 36792573.