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)險位點(diǎn)。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(fēng)險的增加提示，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，對IBD相關(guān)環(huán)境因素及其影響疾病的機(jī)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(jié)合公開可用的數(shù)據(jù)庫、斑馬魚化學(xué)篩選、機(jī)器學(xué)習(xí)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(xì)胞和樹突狀細(xì)胞中起作用，促進(jìn)腸道炎癥，并且是丙酰胺的靶點(diǎn)?？傊?，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(jī)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(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(7d.p.f)中誘導(dǎo)IBD模型，并在72 h后對其進(jìn)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(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RF模型，在ToxCast數(shù)據(jù)庫中識別預(yù)計會惡化腸道炎癥的化學(xué)物質(zhì)，并使用RWR算法對它們進(jìn)行排序，列出前20個化學(xué)物并對它們進(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腸道炎癥的物質(zhì)。

圖1識別促進(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，腸長度變短，病理改變增強(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)動的C/EBPβ促炎基因表達(dá)的上調(diào)和AHR信號的降低（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IBD的影響

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

圖3 丙酰胺抑制AHR信號通路

4、丙酰胺通過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的啟動子結(jié)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(dǎo)致小鼠的體重在腸炎誘導(dǎo)后的增加，腸的長度變長，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(jìn)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(yù)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(jìn)促結(jié)腸T細(xì)胞應(yīng)答

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

參考文獻(xiàn)：

Sanmarco Liliana M., Chao Chun-Cheih., Wang Yu-Chao., Kenison Jessica E., Li Zhaorong., Rone Joseph M., Rejano-Gordillo Claudia M., Polonio Carolina M., Gutierrez-Vazquez Cristina., Piester Gavin., Plasencia Agustin., Li Lucinda., Giovannoni Federico., Lee Hong-Gyun., Faust Akl Camilo., Wheeler Michael A., Mascanfroni Ivan., Jaronen Merja., Alsuwailm Moneera., Hewson Patrick., Yeste Ada., Andersen Brian M., Franks Diana G., Huang Chien-Jung., Ekwudo Millicent., Tjon Emily C., Rothhammer Veit., Takenaka Maisa., de Lima Kalil Alves., Linnerbauer Mathias., Guo Lydia., Covacu Ruxandra., Queva Hugo., Fonseca-Castro Pedro Henrique., Bladi Maha Al., Cox Laura M., Hodgetts Kevin J., Hahn Mark E., Mildner Alexander., Korzenik Joshua., Hauser Russ., Snapper Scott B., Quintana Francisco J.(2022). Identification of environmental factors that promote intestinal inflammation. Nature, undefined(undefined), undefined. doi:10.1038/s41586-022-05308-6