揭示肥胖加剧银屑病新机制

肥胖会促进各种代谢性疾病发生，包括2型糖尿病和心血管疾病等。之前研究发现肥胖患者得银屑病的可能性是瘦者的2-3倍，肥胖患者减轻体重可以减轻牛皮癣的严重程度[1-2]。高脂肪饮食诱导小鼠肥胖会通过促炎巨噬细胞、激活的树突状细胞以及产生IL-17A的γδT细胞的积累导致银屑病恶化[3-4]。目前这些研究虽然表明了促炎免疫细胞在饮食引起的肥胖期间加剧银屑病的重要作用，但为什么关键的皮肤驻留抗炎细胞无法有效控制肥胖个体中这种过度活跃的免疫反应尚不清楚。

皮肤Treg细胞在促进伤口愈合、抑制纤维化、促进毛发再生以及限制各种皮炎症反应中都具有重要作用。与淋巴组织Treg细胞相比，皮肤Treg细胞表现出独特的转录特征，如皮肤Treg细胞高度表达IL-33受体ST2和KLRG1，以及与细胞迁移(如CCR2、CCR4、CCR6)、免疫抑制(如IL-10、颗粒酶B)、组织修复和干细胞维持(例如双调蛋白、Jagged1)相关基因[5]。除Foxp3之外，转录因子GATA3和RORα在皮肤 Treg 细胞中高度表达，并分别增强它们在纤维化和特应性皮炎背景下限2型免疫反应的能力[6-7]。然而，调控皮肤Treg其他功能 (如抑制IL-17A介导的炎症反应)的转录因子仍未确定。鉴于皮肤Treg细胞在限制局部炎症中的关键作用，肥胖是否以及如何影响皮肤Treg细胞仍有待解决。

为了确定皮肤Treg特异性转录因子，作者从2周龄的Foxp3-Yfp-Cre (Foxp3-Cre) 小鼠脾脏和皮肤中分选出Foxp3⁺Treg细胞，进行RNA-seq分析。实验发现与脾脏Treg相比，皮肤Treg细胞富PPAR信号，且主要是PPARγ。与脾脏、皮肤引流腹股沟淋巴结 (iLN) 或肺不同，躯干皮肤和耳朵含有较大比例的PPARγ⁺ Treg细胞，在2-3周龄时，该群体占皮肤Treg的60%-80%，在成年小鼠中略有下降，并且人类皮肤中也存在类似群体。与皮肤PPARγ^- Treg细胞相比，PPARγ⁺ Treg细胞增殖能力更强，ST2 (IL-33R) 和IL-10的表达更高。

图1. 皮肤Treg中存在高表达PPARγ的细胞亚群

那PPARγ是否参与皮肤Treg细胞积累和维持？作者分离PPARγ^+/+ Foxp3-Cre (Foxp3阳性细胞中PPARγ正常表达)和PPARγ^+/+Foxp3-Cre (可在Foxp3阳性细胞中敲除PPARγ) 小鼠不同组织中的Treg细胞，发现在围产期和成年鼠中，敲除PPARγ减少了皮肤中的 Treg细胞，但不减少脾脏、iLN 和胸腺中的 Treg。 EdU和AnnexinV流式染色发现PPARγ影响皮肤Treg的增殖，但不影响凋亡。

图2. PPARγ促进皮肤Treg稳态

作者接下来进一步探究了PPARγ是否以及如何影响皮肤Treg细胞的表型？相较于脾脏Treg，皮肤Treg中 IL1RL1、IL-10、Pparγ、KLrg1、Dgat1和Jag1明显上调，Id3、Tcf7和Ccr7基因明显下调。而当皮肤Treg缺失PPARγ时，皮肤Treg 细胞的主要特征，如 PPAR信号通路、P53通路等明显减弱，ST2、IL-10和KLRG1的表达降低，表明 PPARγ是维持皮肤Treg细胞独特表型的主要调控因子。

图3. PPARγ是皮肤Treg独特表型的关键调控因子

作者通过建立MC903诱导特应性皮炎模型，发现Treg细胞敲除PPARγ 不影响该疾病进展。随后作者在另外一种IMQ诱导的银屑病模型发现PPARγ^+/+ Foxp3-Cre小鼠表现出更严重的疾病表型，包括更严重的耳朵增厚、表皮增生以总CD45⁺免疫细胞和中性粒细胞数量增加。更为重要的是，作者发现在IMQ诱导银屑病模型中，PPARγ^+/+ Foxp3-Cre小鼠耳朵皮肤中一种关键致病细胞因子IL-17A水平明显升高，且这些升高的IL-17A主要是因为中表达γδ TCR的γδ T^int细胞增加。IMQ处理后PPARγ^+/+Foxp3-Cre小鼠耳部 Treg细胞的频率与Pparg^+/+Foxp3-Cre小鼠相当，而数量更多。IL-10是一种关键的免疫抑制细胞因子，与银屑病严重程度密切相关。皮肤中IL-10主要来源于PPARγ⁺Treg且以 PPARγ依赖性方式产生。作者检测发现IMQ处理后PPARγ^+/+Foxp3-Cre小鼠的耳朵Treg细胞产生IL-10 的能力受损，将IL-10注射到IMQ处理的PPARγ^+/+ Foxp3-Cre小鼠中，银屑病的严重程度减轻至与PPARγ^+/+ Foxp3-Cre小鼠相当的水平。用IL-10处理分离的 γδ TCR^int细胞可抑制其产生 IL-17A。这些结果表明皮肤PPARγ⁺ Treg细胞在抑制IL-17A⁺ γδ T细胞介导的银屑病炎症中具有关键作用。

图4. Treg细胞敲除PPARγ加剧IMQ诱导的银屑病表型

高脂饮食(HFD)诱导的肥胖会促进皮肤中产生IL-17A的γδT细胞的积累从而加剧银屑病炎症。而在IMQ诱导的银屑病模型中PPARγ⁺ Treg细胞可限制 IL-17A⁺ γδT细胞介导的炎症，作者进一步猜测肥胖是否可能破坏皮肤中PPARγ⁺ Treg从而加剧银屑病炎症？分离正常饮食(NCD)和高脂饮食(HFD)喂养的小鼠皮肤Treg，发现与NCD喂养小鼠相比，HFD喂养的小鼠皮肤PPARγ⁺Treg细胞减少，IL-17A⁺ γδT^int细胞增多，而Tconv 细胞及其 PPARγ 表达不受HFD喂养的影响。HFD 喂养的小鼠皮肤CD8⁺ T细胞数量略有增加，但其PPARγ表达未受影响。这些结果表明HFD喂养会降低皮肤中PPARγ⁺ Treg细胞数量并增加IL-17A⁺ γδT^int细胞。

图5. HFD喂养会降低皮肤中PPARγ⁺ Treg并增加IL-17A⁺ γδT^int细胞

那HFD喂养小鼠皮肤中PPARγ⁺ Treg细胞减少是否与银屑病恶化有关？相比于NCD喂养的小鼠，HFD喂养的小鼠在IMQ处理后耳朵厚度增加，表皮增生加剧，IL-17A升高，皮肤中PPARγ⁺ Treg细胞减少和IL-17A⁺ γδT细胞增加。为了证明皮肤中PPARγ⁺ Treg细胞的减少与IL-17A⁺γδT细胞介导的银屑病炎症增加之间的关系，作者在肥胖小鼠中恢复PPARγ⁺ Treg细胞进而检测是否可以抑制IL-17A⁺γδT细胞并减轻小鼠银屑病表型。作者通过在NCD或HFD喂养的小鼠耳朵局部涂抹PPARγ的特异性激动剂吡格列酮(Pio)，然后再通过IMQ诱导银屑病表型。实验发现Pio对NCD喂养的小鼠影响很小，但它在很大程度上恢复HFD喂养小鼠皮肤PPARγ⁺ Treg细胞，并减少IL-17A⁺ γδT细胞，Pio治疗的HFD喂养小鼠表现出银屑病症状减轻。为了进一步确认Pio的作用是取决于其对PPARγ⁺Treg细胞的直接影响，作者将Pio涂抹到HFD喂养的Pparg^f/fFoxp3-Cre或Pparg ^+/+Foxp3-Cre小鼠耳朵上，再建立银屑病模型，实验发现Pparg^f/fFoxp3-Cre小鼠在Pio处理后不能减少表皮增生表型和IL-17A⁺ γδT细胞数量。以上结果表明HFD诱导的皮肤PPARγ⁺ Treg细胞减少会促进肥胖小鼠中IL-17A⁺γδT细胞介导的银屑病炎症。

图6. 局部Pio治疗减轻HFD喂养小鼠中IL-17A介导的银屑病炎症

HFD 喂养为什么会导致PPARγ⁺ Treg细胞减少？作者纯化NCD或HFD喂养小鼠耳朵Treg细胞进行RNA-seq分析和皮肤靶向代谢组学分析，发现HFD喂养影响了耳部Treg细胞的脂质代谢，且小鼠皮肤中富含棕榈酸(PA)和硬脂酸(SA)等饱和长链游离脂肪酸(FFA)。体内注射PA特异性减少皮肤PPARγ⁺ Treg细胞。体外使用BSA-PA复合物处理纯化的皮肤Treg细胞三天后，Treg细胞明显减少，主要原因是Treg细胞增殖和存活率降低。为什么PPARγ⁺ Treg细胞对PA敏感?作者发现皮肤PPARγ⁺ Treg细胞比其它PPARγ^-细胞表达更高水平的摄取FFA的受体CD36。使用磺基琥珀酰亚胺油酸酯(SSO)抑制CD36可明显消除PA对于Treg的抑制作用。RNA-seq分析发现PA促进炎症反应并抑制参与细胞周期、脂质代谢和线粒体稳态的基因表达。与转录组结果一致，MitoTracker Deep Red(MTDR)和MitoSOX red染色显示，PA处理破坏皮肤Treg细胞线粒体稳态，增加线粒体活性氧。同样， NCD喂养的小鼠耳朵Treg细胞表现出比脾脏Treg 细胞更高的MTDR 染色，而HFD喂养的小鼠MTDR染色减弱。以上结果表明HFD 喂养导致长链FFA增加，进而破坏皮肤PPARγ⁺ Treg细胞线粒体稳态，并导致其在肥胖期间减少。

图7. 肥胖期间长链FFA升高导致皮肤PPARγ⁺ Treg细胞减少

文章结论与讨论，启发与展望

综上所述，该研究发现皮肤中存在独特的PPARγ⁺ Treg细胞群，能抑制小鼠中IL-17A⁺ γδT细胞介导的银屑病炎症反应。然而这群细胞在高脂食物诱导小鼠肥胖过程中减少，导致更严重的IL-17A⁺γδT细胞介导的银屑病炎症。机制上，HFD 喂养诱导的FFA升高，优先被PPARγ⁺ Treg细胞吸收并破坏了它们的线粒体稳态。该研究表明靶向皮肤PPARγ⁺ Treg细胞亚群可作为治疗肥胖人群银屑病的新策略。