专栏名称: BioArt

BioArt致力于分享生命科学领域科研学术背后鲜为人知的故事，及时报道和评论生命科学领域有料的动态，BioArt也是一个生命科学领域“百花齐放，百家争鸣”的舞台，循“自由之思想”与“独立之精神”为往圣继绝学。

Cell | III型干扰素诱导肠道上皮细胞焦亡，破坏黏膜修复

BioArt · 公众号 · 生物 · 2024-12-21 09:17

正文

撰文 | 一只鱼

黏膜组织经常会暴露在各种威胁下，组织中的免疫细胞或非免疫细胞可以感应危险环境因子或内在胁迫的存在并激活防御反应，这些危险因素或防御反应本身都可能会导致组织损伤。组织损伤和修复是炎症的标志，但是炎症如何影响组织损伤修复仍不清楚。

近日，来自美国哈佛医学院波士顿儿童医院的Ivan Zanoni研究团队在Cell上发表题为Type III interferons induce pyroptosis in gut epithelial cells and impair mucosal repair的文章，发现炎症或辐射导致的肠道损伤会诱导III型干扰素产生，延缓肠道上皮的损伤修复，IFN-λ可以感应肠道损伤修复中产生的Z-核酸，诱导细胞死亡，破坏健康的上皮再生。

研究人员利用Vil^CREIfnlr^fl/fl小鼠在肠道上皮细胞（IEC）中特异性敲除Ifnlr1，用DSS处理导致肠道炎症和结肠缩短，发现敲除了Ifnlr1的小鼠肠道恢复速度明显快于对照组。接下来他们对DSS处理后的小鼠注射了重组IFN-λ，发现肠道损伤修复明显变慢，而Vil^CREIfnlr^fl/fl小鼠则可以抵抗注射重组IFN-λ导致的损伤修复延迟。并且，Ifnl2/3双敲除小鼠的肠道损伤修复速度也快于野生对照组，而注射重组IFN-λ可以使其肠道损伤修复延迟，即与野生型类似的表型。此外，他们用电离辐射损伤小鼠肠道，96h后检测发现Ifnlr1敲除小鼠的隐窝数量多于野生型，并且在用可以造成野生型小鼠50%死亡的辐射剂量处理时，Ifnlr1敲除小鼠的死亡数更少。因此，IFN-λ可以延缓肠道损伤修复。

接下来他们对辐射处理小鼠小肠分离出来的隐窝进行了RNA-seq，发现与Ifnlr1敲除小鼠相比，野生型小鼠的IFN信号相关通路和抗病毒细菌通路高度富集，然后他们进行了scRNA-seq，也验证了这一结果，总的来说，IFN-λ启动了一种限制肠道干细胞增殖再生的转录程序。在这些差异表达基因中，他们关注到了一组参与细胞死亡的基因：Zbp1、Gsdmc2和Gsdmc3。在被Caspase剪切之后，GSDM的N端产物会寡聚化形成裂解孔，导致细胞焦亡。他们发现辐射会导致野生型小鼠的ZBP1上调以及GSDMC剪切，但是在Ifnlr1敲除小鼠中则没有。为了研究GSDMC在肠道上皮细胞中的功能，他们构建了肠道上皮细胞特异性GSDMC敲除小鼠，发现其肠道损伤修复速度快于野生型对照。Zbp1敲除小鼠的肠道损伤修复速度也快于野生型；Casp-8抑制剂处理也会导致肠道损伤修复加快。因此，IFN-λ导致的GSDMC激活会延缓肠道损伤修复。

然后他们对结肠上皮细胞和固有层细胞进行了scRNA-seq，发现DSS处理后肠道上皮细胞减少和免疫细胞增多，而敲除了Gsdmc1-4后这两个表型都被抑制，并且上皮前体细胞、吸收和分泌细胞比例增加，因此，GSDMC促进了结肠炎过程中结肠的细胞图景重塑。接下来他们利用一种气液界面类器官培养方法来研究IFN-λ对于肠道上皮细胞的影响，发现用IFN-λ处理本身并不会诱导细胞死亡或Casp-8剪切，但是如果同时施加伤害则会显著增加细胞死亡和Casp-8激活，上调ZBP1，减少增殖，因此，在有损伤的情况下，IFN-λ通过诱导ZBP1表达和Casp-8和GSDMC激活来诱导细胞焦亡。由于ZBP1可以感应Z-核酸（Z-NA）来起始细胞死亡，于是他们检测了Z-NA，发现在损伤和修复时，类器官中Z-NA水平升高。然后他们敲除了ZBP1的Zα2结构域，发现其损伤修复减慢。Z-NA控制了IFN-λ诱导的ZBP1/Casp-8/GSDMC复合物激活。最后他们用肠易激综合征（IBD）患者的活组织穿刺样本进行RNA-seq分析，发现IFN-λ/ZBP1/Casp-8/GSDMC处于激活状态。