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Immunity | 持续性细胞外基质修饰重塑肠道干细胞命运并促进慢性炎症

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撰文|一只鱼

炎症性肠病(IBD)的病理机制涉及组织损伤、炎症与肠道干细胞(ISC)再生之间的相互作用。ISC介导的上皮再生对恢复屏障完整性至关重要,但其功能受微环境尤其是细胞外基质(ECM)的调控。然而,以往的研究多聚焦于免疫-基质交互,ECM与ISC间的互作仍不清楚。

近日,来自以色列魏茨曼科学研究所的Irit Sagi研究团队在Immunity上发表题为Long-lasting extracellular matrix modifications reshape intestinal stem cell fate and promote chronic inflammation的文章,发现结肠ECM在炎症后发生了持久的病理性重编程,并将其称为modECM。modECM以胶原蛋白XVIII的异常积累和免疫驱动的蛋白水解为特征,能够将ISC的命运转向伤口相关上皮(WAE)状态,并伴随促炎性转录程序的激活。在体外实验中,modECM可通过抑制Wnt信号通路并激活免疫招募通路,重塑ISC的命运。在体内,modECM富集区域持续维持T细胞浸润,并促使Lgr5⁺祖细胞分化成KRT14⁺上皮细胞。


研究人员首先利用葡聚糖硫酸钠(DSS)诱导的急性结肠炎小鼠模型来研究ECM在炎症后结肠再生中的作用,发现在DSS结肠炎急性期,髓系细胞大量浸润,分泌MMP9等蛋白酶,导致胶原IV亚基COL4A1降解及纤维胶原减少。进入恢复期后,虽然体重恢复、屏障通透性趋于正常,但ECM结构损伤持续存在,表现为胶原纤维减少、基质硬度显著下降。蛋白质组学与降解组学证实,恢复期ECM中胶原XVIII(COL18A1)异常积累,而COL4A1切割产物持续存在,提示ECM损伤长期存在。他们进一步对脱细胞ECM(dECM)进行蛋白质组学与生物力学分析,发现许多信号分子和生长因子等也发生显著变化,如Wnt配体减少、BMP5及其抑制剂GREM1升高,促炎因子S100a9、趋化因子CXCL14等上调,并且在IL-10 KO自发结肠炎模型中也能观察到相似基质组变化,提示该现象具有普适性。因此,炎症驱动的ECM结构、组成和生物力学修饰,统称为modECM,产生了持续存在的损伤印记,并在组织恢复后仍然存在。这些改变可能主动塑造细胞行为,并影响组织命运。

接下来他们将ISC分别培养于健康、急性期及恢复期dECM上,发现健康dECM支持类器官形成,而急性和恢复期dECM均诱导ISC形成单层扁平上皮,丧失自我更新能力。RNA-seq分析发现,modECM上调鳞状上皮标志物及促炎因子,下调Wnt/β-catenin信号,并激活NF-κB与Hippo通路。该转录程序与已报道的伤口相关上皮(WAE)细胞高度一致,且该特征在溃疡性结肠炎(UC)患者炎症直肠组织中显著富集,提示人类IBD中存在类似转化。

COL18A1是一种关键的ECM成分,且是IBD的早期症状标志物,他们发现modECM在远端结肠含有COL18A1富集区域,进一步分析发现,modECM中COL18A1富集区与CD45⁺免疫细胞及KRT14⁺上皮细胞共定位,形成病理再生区。利用Lgr5-CreERT2谱系追踪证实,结肠Lgr5⁺ ISC后代可直接转化为KRT14⁺鳞状样细胞,参与远端结肠的异常上皮重塑。在Col18a1基因敲除小鼠中,DSS处理后免疫浸润和KRT14⁺细胞显著减少,结肠炎症状减轻,表明COL18A1是modECM驱动慢性炎症的关键效应分子。


总的来说,这项研究提出modECM概念,即炎症后ECM发生结构性、组成性与力学特性的持久改变,持续指导ISC向促炎性WAE表型转化,招募T细胞浸润,形成自我维持的慢性炎症循环,为IBD及其他炎症相关疾病的治疗提供了全新靶点,未来靶向异常ECM重塑可能是恢复组织稳态的有效策略。

https://doi.org/10.1016/j.immuni.2026.07.022

制版人: 十一

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