詹麗杏研究組發現炎症性腸病中影響腸道幹細胞功能的新機制
2021年2月16日，國際學術期刊Communications Biology在線發表了中科院上海營養與健康研究所詹麗杏研究組與同濟大學附屬第十人民醫院劉占舉教授共同合作完成的研究成果「Macrophage-derived EDA-A2 inhibits intestinal stem cells by targeting miR-494/EDA2R/β-catenin signaling in mice」。研究發現了miR-494-3p在炎症性腸病發病中發揮重要作用；顯示miR-494調控腸道隱窩細胞表面的EDA2R受體與M1型巨噬細胞釋放的配體EDA-A2結合，從而抑制β-catenin/c-Myc通路，其乾性和上皮細胞修復功能被抑制。該研究為炎性腸病中免疫微環境，尤其是結腸固有層巨噬細胞，調控結腸幹細胞功能提供了新的證據， 並為臨床檢測和治療提供了新的分子靶標。
圖：IBD中M1型巨噬細胞釋放EDA-A2調控腸幹細胞miR-494/EDA-A2/β-catenin信號
炎症性腸病（IBD）代表了一組特發性的慢性腸道炎症，包括兩個主要疾病克羅恩病（CD）和潰瘍性結腸炎（UC），是世界範圍內發病率最高的胃腸道疾病之一。近三十年來，全世界範圍內包括中國，IBD的發病率呈明顯上升趨勢， 且目前臨床上並未找到能有效根治IBD的治療方案。研究表明，IBD的發病機制複雜：除遺傳因素外，免疫微環境、腸道菌群紊亂以及環境中的風險因素均對IBD的發生髮展有一定的影響。大量研究表明，腸道上皮細胞的屏障功能和隱窩幹細胞的自我更新能力在維持腸道穩態，阻擋腸道微生物入侵和損傷修復中發揮重要的作用。另外，腸道作為體內最大的免疫器官，其中的免疫系統在抵禦病原微生物和保護腸道上皮細胞中發揮重要作用。因此，腸道上皮細胞、隱窩幹細胞以及免疫細胞功能異常均被證實是IBD發生髮展的重要驅動因素。然而，在IBD中，三者之間的cross-talk及其機制並不明確。
研究人員對IBD模型小鼠腸道隱窩幹細胞與腸上皮細胞基因組的miRNome檢測比對，確認了一個對腸道幹細胞功能具有重要作用的miR-494-3p。利用qPCR和RNA-FISH驗證了miR-494-3p在腸炎小鼠結腸組織、結腸隱窩和血清外泌體中低表達。通過收集臨床IBD活動期患者結腸組織和血清樣本，研究人員也發現miR-494-3p在IBD患者樣本中明顯低表達且其表達水平與炎性因子IL-1和IL-6顯著負相關，說明miR-494-3p表達水平下調與IBD密切相關。通過構建miR-494-/-小鼠，確認miR-494敲除加劇了DSS誘導結腸炎的嚴重性，並降低了結腸隱窩幹細胞的增殖和自我更新能力。進一步提取其隱窩幹細胞進行類器官培養，發現miR-494敲除對腸幹細胞的增殖和乾性均有抑制作用。結合腸類器官模型及在體研究，研究人員通過高通量測序，鑒別出IBD中腸幹細胞miR-494-3p下調，調控了EDA2R這一表面受體，從而影響β-catenin信號的分子機制。
體外共培養模型發現，在結腸炎環境下，結腸固有層巨噬細胞是EDA2R的配體EDA-A2的主要來源。研究人員確認了EDA-A2在炎症性腸病中由M1型巨噬細胞釋放。同時，巨噬細胞刪除實驗結果也發現結腸固有層巨噬細胞刪除後，miR-494-3p敲除無法加劇結腸炎的發生，說明在miR-494-3p敲除小鼠結腸炎中，固有層巨噬細胞是重要的驅動因素。此外，本研究發現在IBD腸上皮細胞中，miR-494-3p也可通過靶向IKKβ，促進IBD的經典通路IKKβ/NF-κB通路，進一步誘發巨噬細胞趨化和M1型轉化，並調控M1型巨噬細胞釋放EDA-A2，從而介導IBD腸道免疫微環境異常。這些結果表明了結腸炎中，miR-494-3p對結腸具有保護作用；miR-494-3p的缺失實現了結腸上皮細胞、隱窩幹細胞和固有層巨噬細胞之間的cross-talk並揭示了其分子機制。miR-494-3p可能成為診斷和治療IBD的一個新的靶標。
MiRNA相關藥物的主要挑戰性工作包括對體內應用增加穩定性以及選擇優化藥物輸送體系。本研究通過化學修飾，如增加2』甲氧基修飾等技術，構建了一種miR-494-3p agomir體內輸送體系，提高藥物分子的穩定性。體內實驗驗證了該miR-494-3p agomir系統能很好改善IBD小鼠癥狀以及病理改變等多項數據。通過腸類器官技術，也在體進一步驗證了miR-494-3p agomir對IBD腸上皮修復作用與其調控miR-494/EDA2R/β-catenin信號具有密切關係。由此發現了miR-494-3p agomir藥物作為IBD治療的潛在應用價值。
該研究工作主要由詹麗杏研究組博士研究生宋樂樂和常人緒作為共同第一作者合作完成，詹麗杏研究員與劉占舉教授為通訊作者，該研究在上海營養與健康研究所公共技術平台以及動物平台的支持下完成。上述研究獲得了科技部、基金委等經費的支持。
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33594251
