Arginase impedes the resolution of colitis by altering the microbiome and metabolome

精氨酸酶 结肠炎 代谢组 精氨酸 炎症 炎症性肠病 生物 免疫学 髓样 生物化学 内科学 医学 代谢物 疾病 氨基酸
作者
Julia Baier,Maximilian Gänsbauer,Claudia Giessler,Harald Arnold,Mercedes Muske,Ulrike Schleicher,Sören Lukassen,Arif B. Ekici,Manfred Rauh,Christoph Daniel,Arndt Hartmann,Benjamin Schmid,Philipp Tripal,Katja Dettmer,Peter J. Oefner,Raja Atreya,Stefan Wirtz,Christian Bogdan,Jochen Mattner
出处
期刊:Journal of Clinical Investigation [American Society for Clinical Investigation]
卷期号:130 (11): 5703-5720 被引量:46
标识
DOI:10.1172/jci126923
摘要

Arginase 1 (Arg1), which converts l-arginine into ornithine and urea, exerts pleiotropic immunoregulatory effects. However, the function of Arg1 in inflammatory bowel disease (IBD) remains poorly characterized. Here, we found that Arg1 expression correlated with the degree of inflammation in intestinal tissues from IBD patients. In mice, Arg1 was upregulated in an IL-4/IL-13– and intestinal microbiota–dependent manner. Tie2-Cre Arg1fl/fl mice lacking Arg1 in hematopoietic and endothelial cells recovered faster from colitis than Arg1-expressing (Arg1fl/fl) littermates. This correlated with decreased vessel density, compositional changes in intestinal microbiota, diminished infiltration by myeloid cells, and an accumulation of intraluminal polyamines that promote epithelial healing. The proresolving effect of Arg1 deletion was reduced by an l-arginine–free diet, but rescued by simultaneous deletion of other l-arginine–metabolizing enzymes, such as Arg2 or Nos2, demonstrating that protection from colitis requires l-arginine. Fecal microbiota transfers from Tie2-Cre Arg1fl/fl mice into WT recipients ameliorated intestinal inflammation, while transfers from WT littermates into Arg1-deficient mice prevented an advanced recovery from colitis. Thus, an increased availability of l-arginine as well as altered intestinal microbiota and metabolic products accounts for the accelerated resolution from colitis in the absence of Arg1. Consequently, l-arginine metabolism may serve as a target for clinical intervention in IBD patients.
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