《Frontiers in Endocrinology》：Loss of the PDLIM2 protein during chronic colitis promotes inflammation, impaired epithelium recovery, alterations to the microbiome and oxidative stress
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本研究聚焦于PDLIM2蛋白在溃疡性结肠炎（UC）等炎症性肠病（IBD）中的关键作用。通过整合小鼠模型、人源细胞实验和单细胞测序分析，文章揭示了PDLIM2缺失会破坏肠上皮屏障完整性，阻碍上皮细胞修复，并导致持续的免疫炎症反应和肠道菌群失调。PDLIM2的核心功能在于调控细胞粘附信号和抗氧化通路，其表达缺失与人类IBD的病理进展密切相关，提示其可能成为维持肠道稳态和抑制炎症的关键靶点。
引言
PDZ和LIM结构域蛋白2（PDLIM2）是一种多功能蛋白，在维持上皮细胞极性和调节淋巴细胞、巨噬细胞分化与功能中扮演着重要角色。在多种癌症中，PDLIM2的表达受到抑制，但其在炎症性疾病如自身免疫性脑炎、非酒精性脂肪肝病中的作用也逐渐被认识。鉴于其调节上皮细胞和免疫细胞命运的能力，研究团队假设PDLIM2的活性可能与炎症性肠病（IBD）如溃疡性结肠炎（UC）的进展有关。IBD患者因持续的肠道炎症，面临发展为结肠炎相关结直肠癌（CAC）的风险增加，而肠上皮屏障完整性的破坏是IBD的一个关键病理特征。本研究旨在探究PDLIM2在肠上皮稳态维持和肠道炎症中的作用。
结果
PDLIM2缺失小鼠对DSS诱导的结肠炎更敏感
研究采用葡聚糖硫酸钠（DSS）诱导的小鼠结肠炎模型。在急性结肠炎模型中，PDLIM2敲除（-/-）小鼠与野生型（+/+）小鼠的临床症状无明显差异。然而，在慢性结肠炎模型中，PDLIM2 -/- 小鼠表现出更严重且无法缓解的上皮损伤和炎症，伴随明显的免疫细胞浸润，导致实验因小鼠症状过重而提前终止，未能观察到肿瘤形成。组织学分析显示，DSS处理的PDLIM2 -/- 小鼠结肠上皮屏障破坏更明显，细胞增殖标志物Ki67表达升高，表明存在增生。重要的是，即使在野生型小鼠中，DSS诱导的结肠炎也会导致PDLIM2蛋白表达水平显著下降，这种抑制在急性期和慢性期均存在，提示PDLIM2丢失可能是结肠对损伤敏感化的一个因素。
慢性炎症环境在PDLIM2缺失小鼠中持续存在
对慢性DSS处理的PDLIM2 -/- 小鼠结肠组织的进一步分析发现，其炎症环境持续存在。与对照组或DSS处理的野生型小鼠相比，PDLIM2 -/- 小鼠结肠组织中总T淋巴细胞（CD3+）和细胞毒性T淋巴细胞（CD8+）浸润显著增加。促炎细胞因子基因（如 Cxcl10, Il6, Tnfa, Ifng和 Nos2）的mRNA表达水平也显著升高。此外，巨噬细胞（F4/80+）浸润增多，但具有伤口愈合功能的M2样巨噬细胞标志物CD206的表达相对较低，表明伤口愈合型巨噬细胞的募集和/或分化在PDLIM2 -/- 小鼠中受损。
PDLIM2缺失改变肠道菌群组成和功能
研究发现，PDLIM2的缺失本身就足以改变肠道微生物群的多样性、组成和预测功能。在未处理的PDLIM2 -/- 小鼠中，肠道菌群的α多样性与野生型小鼠不同。在DSS处理后，这种改变进一步加剧。具体而言，PDLIM2 -/- 小鼠，尤其是DSS处理组，显示出乳杆菌属（Lactobacillus）相对丰度降低，而一些与肠道生态失调和炎症相关的菌科或菌属，如丹毒丝菌科（Erysipelotrichaceae）、消化链球菌科（Peptostreptococcaceae）和梭菌纲UCG-014（Clostridia_UCG-014）等的丰度增加。功能预测分析表明，PDLIM2缺失和DSS处理导致与基础细胞功能相关的微生物通路减少，而与免疫系统、信号转导、细胞运动、抗菌素耐药性和致病过程相关的通路增加。例如，脂肪酸β-氧化I通路在DSS处理的PDLIM2 -/- 小鼠中过度表达。
抑制PDLIM2损害Caco-2上皮细胞的粘附信号传导并诱发氧化应激
为探究机制，研究在Caco-2肠上皮细胞系中稳定抑制了PDLIM2表达。结果显示，PDLIM2抑制导致关键粘附分子如β1-整合素（ITGB1）、E-钙黏蛋白（E-Cadherin）和β-连环蛋白（β-catenin）的蛋白水平显著降低，但β1-整合素的mRNA水平却升高，表明其蛋白周转加快。这些细胞的粘附能力（对胶原蛋白I和纤连蛋白）和伤口愈合迁移能力均受损。此外，PDLIM2抑制的细胞表现出代谢压力迹象，包括糖酵解增强（Glut-1和HK2表达升高）、AMP活化蛋白激酶（AMPK）磷酸化增加以及线粒体膜电位升高。更重要的是，这些细胞的活性氧（ROS）水平显著升高，尤其是线粒体来源的ROS，同时抗氧化反应关键基因（如NFE2L2, GPX1）和蛋白（如过氧化氢酶、HO-1、SOD2）的表达降低。研究还发现，PDLIM2能调控转录因子NRF2的稳定性，在粘附信号刺激下，PDLIM2缺失导致NRF2积累减少，ROS水平进一步升高。
PDLIM2在人类溃疡性结肠炎和克罗恩病中表达下调
通过对已发表的单细胞RNA测序数据集进行分析，研究证实了PDLIM2在人类肠道中的表达模式。在健康个体中，PDLIM2主要在成熟的肠上皮细胞（肠细胞）中高表达。然而，在溃疡性结肠炎（UC）患者的非炎症和炎症结肠组织中，以及克罗恩病（CD）患者的结肠组织中，肠上皮细胞的PDLIM2表达均显著下降。基因集富集分析（GSEA）显示，在UC患者的组织中，与细胞表面、免疫反应和细胞粘附相关的基因集呈正富集，而与线粒体基质和线粒体蛋白复合物相关的基因集呈负富集，这与细胞实验中发现线粒体功能受损和氧化应激的结果一致。
讨论
本研究的发现总结于一个整合模型中。PDLIM2作为细胞骨架与细胞核之间的信使蛋白，通过调节细胞粘附信号和关键转录因子（如STATs、NF-κB p65、β-连环蛋白）的稳定性，在维持肠道稳态中起着至关重要的作用。PDLIM2的缺失本身并不足以引发炎症，但在DSS诱导的肠道损伤背景下，会严重损害限制促炎信号传导的反馈机制，导致持续的免疫细胞浸润、促炎细胞因子表达以及伤口愈合型巨噬细胞功能受损。同时，PDLIM2缺失导致肠上皮屏障完整性减弱、上皮结构破坏，并伴有肠道菌群失调，菌群的变化可能进一步加剧炎症和上皮损伤。在细胞水平上，PDLIM2抑制破坏了粘附信号传导，引发代谢压力和持续的线粒体氧化应激，同时削弱了细胞的抗氧化缓冲能力。在人类IBD患者中观察到的PDLIM2表达下降，与小鼠模型和细胞实验的结果相互印证，强烈提示PDLIM2表达缺失是结肠炎进展中的一个重要事件。尽管本研究因PDLIM2缺失小鼠在慢性结肠炎中过度严重的炎症而未能在该模型中直接验证其促进癌症进展的作用，但已有的证据表明，PDLIM2的持续缺失可能使结肠易于发生癌变。总之，PDLIM2的丢失通过损害上皮细胞粘附、极化和代谢功能等相关通路，加剧了结肠炎的进展。恢复PDLIM2表达或靶向调控其相关通路，可能成为促进黏膜愈合、恢复IBD肠道稳态的潜在治疗策略。
