客戶文章丨Theranostics多胺與炎癥性腸病
炎癥性腸�。↖nflammatory bowel diseases, IBD）的發(fā)病過程中伴隨細胞焦亡，同時激發(fā)炎癥反應。芳香烴受體（aryl hydrocarbon receptor, AhR）在維持腸道穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮重要的作用。然而，AhR在腸道微環(huán)境中對巨噬細胞功能的調(diào)控，及其在IBD過程中對腸道免疫穩(wěn)態(tài)產(chǎn)生的影響目前尚不清楚。
2024年7月8日，復旦大學附屬兒科醫(yī)院/生物醫(yī)學研究院周玉峰研究員課題組在Theranostics上發(fā)表了題為“Aryl hydrocarbon receptor confers protection against macrophage pyroptosis and intestinal inflammation through regulating polyamine biosynthesis”的研究論文。該研究揭示了AhR-ODC1-多胺代謝軸調(diào)節(jié)巨噬細胞焦亡功能及其在炎癥性腸病中的作用和機制，明確了巨噬細胞AhR在炎癥性腸病發(fā)生發(fā)展中的功能作用，為尋找炎癥性腸病新的預警標志物和治療靶標提供了理論依據(jù)。原文鏈接：https://doi.org/10.7150/thno.95749，我公司參與了該研究中多胺的定量檢測工作，這是我公司自2024.04推出這一檢測服務后的項目文章首發(fā)。
炎癥性腸�。↖nflammatory bowel diseases, IBD）是多種急慢性腸道炎癥疾病的統(tǒng)稱，主要包括克羅恩病和潰瘍性結腸炎, 近年來已成為全球性健康問題，仍然缺乏特異和有效的治療策略。目前觀點認為IBD的發(fā)病是由基因、環(huán)境、免疫反應和腸道菌群等因素共同決定的，免疫細胞的失衡在其中扮演重要角色。巨噬細胞是固有免疫系統(tǒng)中的主要效應細胞，在IBD病理過程中，病原體一旦突破上皮屏障侵入腸黏膜，就可以被巨噬細胞表達的模式識別受體識別，進而誘導NLRP3炎癥小體等通路激活，最終導致細胞膜破裂，產(chǎn)生細胞因子白介素1β（interleukin-1β, IL-1β）和IL-18，這種炎癥性細胞死亡稱為細胞焦亡。細胞焦亡誘導宿主細胞死亡，有利于機體抵御細菌、真菌和病毒感染。但是細胞發(fā)生焦亡的同時激發(fā)炎癥反應，誘導適應性免疫調(diào)節(jié)失調(diào)，破壞腸上皮屏障，從而與炎癥性腸病的發(fā)展密切相關。AhR是一種配體激活的轉錄因子，在維持腸道穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮重要的作用。然而，AhR在腸道微環(huán)境中對巨噬細胞功能的調(diào)控，及其在IBD過程中對腸道免疫穩(wěn)態(tài)產(chǎn)生的影響目前尚不清楚。
實驗設計
將年齡和性別匹配的AhR敲除（AhR-/-）小鼠和野生型（AhR+/+）小鼠同籠飼養(yǎng)，實驗組給予2% DSS（溶于飲用水）誘導急性結腸炎（圖1A），對照組僅給予飲用水，實驗組表現(xiàn)出了典型的結腸炎癥狀，說明造模成功。在實驗組中，AhR敲除小鼠與野生型相比，表現(xiàn)出更嚴重的結腸炎癥狀，包括更多的體重減輕、更高的疾病指數(shù)評分和更短的結腸長度（圖1B-E）；組織病理學結果上，AhR敲除小鼠也發(fā)生更嚴重的透壁炎癥、粘膜上皮破壞、廣泛的潰瘍病灶區(qū)和杯狀細胞丟失（圖1F-G）。
通過往AhR敲除和野生型小鼠的腹膜內(nèi)注射LPS（20 mg/kg體重）來誘導敗血癥模型，用來確認AhR在體內(nèi)急性炎癥中的功能。發(fā)現(xiàn)注射36小時后，野生型小鼠存活率為70%，而所有的AhR敲除小鼠均死亡（圖1H），并且敲除小鼠血漿中的IL-1β和IL-6濃度明顯增加（圖1I-J），說明炎癥反應更劇烈。
圖1 AhR缺乏加劇了結腸炎和膿毒癥小鼠模型中的炎癥
結果
研究團隊發(fā)現(xiàn)AhR在DSS誘導的結腸炎和LPS誘導的膿毒癥模型中均具有顯著的保護作用，提示AhR在炎癥調(diào)節(jié)中的重要作用。進一步對結腸炎小鼠腸道固有層免疫細胞進行單細胞測序發(fā)現(xiàn)單核-巨噬細胞群在AhR KO小鼠顯著高于野生型對照小鼠，因此作者構建了巨噬細胞特異性AhR敲除小鼠。在DSS誘導的腸炎模型中發(fā)現(xiàn)，巨噬細胞中AhR的敲除顯著加重了急性結腸炎的各項病理表征，上調(diào)了IL-1β、IL-6等炎癥因子表達水平，結腸組織巨噬細胞焦亡加重。體外研究發(fā)現(xiàn)，AhR缺失促進巨噬細胞焦亡發(fā)生及炎癥因子IL-1β分泌。
機制研究表明，AhR通過XRE序列結合在多胺代謝通路關鍵限速酶鳥氨酸脫羧酶（ornithine decarboxylase 1，Odc1）的啟動子區(qū)域促進Odc1的轉錄，進而促進其下游代謝產(chǎn)物腐胺、亞精胺、精胺的生成。其中，精胺通過調(diào)節(jié)細胞內(nèi)鉀離子流動的方式進一步阻遏NLRP3炎癥小體的組裝，從而抑制巨噬細胞焦亡。此外，給予結腸炎小鼠AhR前配體吲哚-3-甲醇（indole-3-carbino, I3C）及精胺干預能夠顯著緩解結腸炎小鼠病理癥狀（圖2）。
圖2 AhR在IBD過程中的調(diào)控機制
多胺的檢測
往骨髓源性巨噬細胞（BMDM）中加入甲醇水溶液，液氮凍融和冰浴超聲破碎細胞膜，將提取后的上清液濃縮10倍后，依次加入NEM磷酸鹽緩沖溶液和tBBT溶液，渦旋。再加入硼酸緩沖溶液和5-AIQC，渦旋，衍生反應。離心取上清，UPLC-MS/MS檢測。
