Nature?創(chuàng)建新模型——丙酰胺促進(jìn)腸道炎癥

炎癥性腸?。?/span>IBD）是一種復(fù)雜的胃腸道慢性炎癥性疾病。目前，全基因組關(guān)聯(lián)研究已經(jīng)確定了IBD的風(fēng)險(xiǎn)位點(diǎn)。引人注意的是，工業(yè)化國(guó)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(fēng)險(xiǎn)的增加提示，環(huán)境因素也是IBD易感性和嚴(yán)重程度的重要決定因素。然而，由于缺乏系統(tǒng)研究的平臺(tái)，對(duì)IBD相關(guān)環(huán)境因素及其影響疾病的機(jī)制的識(shí)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(jié)合公開(kāi)可用的數(shù)據(jù)庫(kù)、斑馬魚(yú)化學(xué)篩選、機(jī)器學(xué)習(xí)和小鼠臨床前模型來(lái)識(shí)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(hào)軸在T細(xì)胞和樹(shù)突狀細(xì)胞中起作用，促進(jìn)腸道炎癥，并且是丙酰胺的靶點(diǎn)?？傊髡唛_(kāi)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(jī)制的方法。本研究于2022年十月發(fā)表在頂級(jí)期刊《Nature》IF：69.504。

技術(shù)路線：

主要實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：

1、建立模型并篩選IBD影響因素

首先在斑馬魚(yú)(7d.p.f)中誘導(dǎo)IBD模型，并在72 h后對(duì)其進(jìn)行病理評(píng)分，評(píng)估FICZ和iNOS對(duì)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(dá)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(jìn)行處理以篩選增強(qiáng)腸道炎癥的候選藥物。一IBD生物活性特征，建立一個(gè)RF模型，在ToxCast數(shù)據(jù)庫(kù)中識(shí)別預(yù)計(jì)會(huì)惡化腸道炎癥的化學(xué)物質(zhì)，并使用RWR算法對(duì)它們進(jìn)行排序，列出前20個(gè)化學(xué)物并對(duì)它們進(jìn)行驗(yàn)證（圖1f）。結(jié)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(guān)（圖1g, h）。于是選擇它進(jìn)行下一步研究，發(fā)現(xiàn)促炎基因的表達(dá)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(yú)腸道炎癥的物質(zhì)。

圖1識(shí)別促進(jìn)腸道炎癥的環(huán)境化學(xué)物質(zhì)

2、在小鼠中驗(yàn)證丙酰胺對(duì)IBD的影響

結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在TNBS的作用想，丙酰胺暴露導(dǎo)致小鼠體重下降，腸長(zhǎng)度變短，病理改變?cè)鰪?qiáng)，炎癥因子的水平和促炎基因的表達(dá)升高等（圖2a-e）。提示丙酰胺促進(jìn)小鼠腸道炎癥。通路分析發(fā)現(xiàn)與白細(xì)胞外滲、整合素信號(hào)和NF-κB激活相關(guān)的通路在TNBS+丙酰胺小鼠中上調(diào)。經(jīng)分析后作者將NF-κB-驅(qū)動(dòng)的C/EBPβ作為丙酰胺的候選作用機(jī)制位點(diǎn)。qPCR證實(shí)丙酰胺可改變Rela （編碼NF-κB的p65 亞基）和Cebpb的表達(dá)（圖2h）。隨后進(jìn)行單細(xì)胞測(cè)序進(jìn)一步挖掘丙酰胺作用機(jī)制，發(fā)現(xiàn)T細(xì)胞和樹(shù)突狀細(xì)胞（DC）在TNBS+丙酰胺小鼠中上調(diào)，并伴隨著NF-κB驅(qū)動(dòng)的C/EBPβ促炎基因表達(dá)的上調(diào)和AHR信號(hào)的降低（圖2i-n）。最后，我利用抗CD3單克隆抗體誘導(dǎo)的T細(xì)胞驅(qū)動(dòng)性腸炎模型，研究丙酰胺是否也促進(jìn)小腸炎癥，事實(shí)證明，丙酰胺對(duì)小腸炎癥也有促進(jìn)作用（圖2o-q）。

圖2丙酰胺鑒定腸道炎癥的調(diào)節(jié)因子

3、體外驗(yàn)證丙酰胺對(duì)IBD的影響

接下來(lái)，作者通過(guò)常規(guī)的分子實(shí)驗(yàn)證實(shí)丙酰胺在腸炎中的促進(jìn)作用依賴(lài)于AHR信號(hào)通路（圖3）。

圖3 丙酰胺抑制AHR信號(hào)通路

4、丙酰胺通過(guò)C/EBPβ通路調(diào)控DC細(xì)胞參與IBD

前文提到，丙酰胺可作用于C/EBPβ通路并調(diào)控DC細(xì)胞。因此，作者最后探究了丙酰胺在C/EBPβ介導(dǎo)DC功能中的作用。如圖4a和b所示，C/EBPβ與Il1b、Il23和Tnf的啟動(dòng)子結(jié)合，這些啟動(dòng)子在DC中被丙酰胺激活。特異性敲低DC中的C/EBPβ導(dǎo)致小鼠的體重在腸炎誘導(dǎo)后的增加，腸的長(zhǎng)度變長(zhǎng)，病理得分下降（圖4c-e）。隨后單獨(dú)分析了cDC1和cDC2中炎癥通路情況，發(fā)現(xiàn)C/EBPβ缺失導(dǎo)致兩種細(xì)胞中促炎通路的激活都下調(diào)了（圖4f）。此外，研究發(fā)現(xiàn)丙酰胺處理T細(xì)胞后，C/EBPβ被招募到Ifng, Il12rb1和Rorc啟動(dòng)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(duì)其的促進(jìn)作用（圖4j）。然后通過(guò)敲低C/EBPβ探究其對(duì)小鼠腸炎的影響，如預(yù)期地，敲低C/EBPβ可顯著增加小鼠的體重和腸的長(zhǎng)度，降低病理得分和TH1 / TH17極化（圖4k-o）。

圖4 NF-κB-C /EBPβ信號(hào)通路促進(jìn)促結(jié)腸T細(xì)胞應(yīng)答

總之，本研究不僅建立了評(píng)估環(huán)境因子對(duì)IBD進(jìn)展影響的模型，還通過(guò)該模型發(fā)現(xiàn)丙酰胺對(duì)IBD有促進(jìn)作用，最后通過(guò)體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)證實(shí)該促進(jìn)作用依賴(lài)于NF-κB-C /EBPβ信號(hào)通路對(duì)結(jié)腸T細(xì)胞應(yīng)答的促進(jìn)作用。

參考文獻(xiàn)：

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