Nature?創(chuàng)建新模型——丙酰胺促進腸道炎癥
炎癥性腸病（IBD）是一種復雜的胃腸道慢性炎癥性疾病。目前，全基因組關聯(lián)研究已經(jīng)確定了IBD的風險位點。引人注意的是，工業(yè)化國家IBD發(fā)病率的增加以及移徙到疾病發(fā)病率較高地區(qū)的移徙者患病風險的增加提示，環(huán)境因素也是IBD易感性和嚴重程度的重要決定因素。然而，由于缺乏系統(tǒng)研究的平臺，對IBD相關環(huán)境因素及其影響疾病的機制的識別受到了阻礙。
本文中，作者描述了一種綜合系統(tǒng)的方法，結合公開可用的數(shù)據(jù)庫、斑馬魚化學篩選、機器學習和小鼠臨床前模型來識別控制腸道炎癥的環(huán)境因素。這種方法發(fā)現(xiàn)除草劑丙酰胺增加了小腸和大腸的炎癥。此外，還發(fā)現(xiàn)AHR-NF-κB-C/EBPβ信號軸在T細胞和樹突狀細胞中起作用，促進腸道炎癥，并且是丙酰胺的靶點?？傊?，作者開發(fā)了一種鑒別IBD和其他炎癥性疾病的環(huán)境因素和發(fā)病機制的方法。本研究于2022年十月發(fā)表在頂級期刊《Nature》IF：69.504。
技術路線：
主要實驗結果如下：
1、建立模型并篩選IBD影響因素
首先在斑馬魚(7d.p.f)中誘導IBD模型，并在72 h后對其進行病理評分，評估FICZ和iNOS對AHR激活的影響。并發(fā)現(xiàn)TNBS暴露伴隨促炎基因il17a/f、tnfa、ifng、il1b和nos2a的表達增加，而FICZ和iNOS處理改善腸道炎癥（圖1a-1d）。
隨后以圖1e的流程進行處理以篩選增強腸道炎癥的候選藥物。一IBD生物活性特征，建立一個RF模型，在ToxCast數(shù)據(jù)庫中識別預計會惡化腸道炎癥的化學物質，并使用RWR算法對它們進行排序，列出前20個化學物并對它們進行驗證（圖1f）。結果發(fā)現(xiàn)丙酰胺（Propanamide）處理濃度和IBD炎癥和腸道得分正相關（圖1g, h）。于是選擇它進行下一步研究，發(fā)現(xiàn)促炎基因的表達也隨著丙酰胺的濃度增加而增加（圖1i）。這些表明丙酰胺是增加斑馬魚腸道炎癥的物質。
圖1識別促進腸道炎癥的環(huán)境化學物質
2、在小鼠中驗證丙酰胺對IBD的影響
結果發(fā)現(xiàn)，在TNBS的作用想，丙酰胺暴露導致小鼠體重下降，腸長度變短，病理改變增強，炎癥因子的水平和促炎基因的表達升高等（圖2a-e）。提示丙酰胺促進小鼠腸道炎癥。通路分析發(fā)現(xiàn)與白細胞外滲、整合素信號和NF-κB激活相關的通路在TNBS+丙酰胺小鼠中上調。經(jīng)分析后作者將NF-κB-驅動的C/EBPβ作為丙酰胺的候選作用機制位點。qPCR證實丙酰胺可改變Rela （編碼NF-κB的p65 亞基）和Cebpb的表達（圖2h）。隨后進行單細胞測序進一步挖掘丙酰胺作用機制，發(fā)現(xiàn)T細胞和樹突狀細胞（DC）在TNBS+丙酰胺小鼠中上調，并伴隨著NF-κB驅動的C/EBPβ促炎基因表達的上調和AHR信號的降低（圖2i-n）。最后，我利用抗CD3單克隆抗體誘導的T細胞驅動性腸炎模型，研究丙酰胺是否也促進小腸炎癥，事實證明，丙酰胺對小腸炎癥也有促進作用（圖2o-q）。
圖2丙酰胺鑒定腸道炎癥的調節(jié)因子
3、體外驗證丙酰胺對IBD的影響
接下來，作者通過常規(guī)的分子實驗證實丙酰胺在腸炎中的促進作用依賴于AHR信號通路（圖3）。
圖3 丙酰胺抑制AHR信號通路
前文提到，丙酰胺可作用于C/EBPβ通路并調控DC細胞。因此，作者最后探究了丙酰胺在C/EBPβ介導DC功能中的作用。如圖4a和b所示，C/EBPβ與Il1b、Il23和Tnf的啟動子結合，這些啟動子在DC中被丙酰胺激活。特異性敲低DC中的C/EBPβ導致小鼠的體重在腸炎誘導后的增加，腸的長度變長，病理得分下降（圖4c-e）。隨后單獨分析了cDC1和cDC2中炎癥通路情況，發(fā)現(xiàn)C/EBPβ缺失導致兩種細胞中促炎通路的激活都下調了（圖4f）。此外，研究發(fā)現(xiàn)丙酰胺處理T細胞后，C/EBPβ被招募到Ifng, Il12rb1和Rorc啟動子上，并且激活它們（圖4h, i）。相比之下，敲除C/EBPβ可降低小鼠TH1 / TH17極化，并抵消丙酰胺對其的促進作用（圖4j）。然后通過敲低C/EBPβ探究其對小鼠腸炎的影響，如預期地，敲低C/EBPβ可顯著增加小鼠的體重和腸的長度，降低病理得分和TH1 / TH17極化（圖4k-o）。
圖4 NF-κB-C /EBPβ信號通路促進促結腸T細胞應答
總之，本研究不僅建立了評估環(huán)境因子對IBD進展影響的模型，還通過該模型發(fā)現(xiàn)丙酰胺對IBD有促進作用，最后通過體內外實驗證實該促進作用依賴于NF-κB-C /EBPβ信號通路對結腸T細胞應答的促進作用。
參考文獻：
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