《Journal of Advanced Research》：Conjugated bile acids facilitate cholangiocyte senescence to promote cholestatic liver diseases
via STING signaling
编辑推荐：
本研究针对胆汁淤积性肝病（如PBC和PSC）缺乏有效治疗靶点的临床困境，揭示了结合胆汁酸在病理性累积下诱导胆管细胞线粒体损伤和氧化DNA泄漏，进而通过激活cGAS-STING信号通路驱动细胞衰老相关分泌表型（SASP），最终促进巨噬细胞趋化与炎症小体活化的新机制，为STING信号通路作为胆汁淤积性疾病治疗新靶点提供了重要证据。
胆汁淤积性肝病，如原发性硬化性胆管炎（PSC）和原发性胆汁性胆管炎（PBC），是典型的进展性疾病，其特征是胆汁酸过度累积、肝细胞损伤、进行性炎症和纤维化。全球发病率和死亡率在过去几十年显著上升。然而，由于其发病机制复杂且不明确，目前缺乏高效的治疗方法。一线药物熊去氧胆酸（UDCA）对部分患者疗效有限，而二线药物奥贝胆酸（OCA）则存在安全性问题且未被证实可改善生存率。因此，阐明胆汁淤积性肝病的分子机制，以寻找新的治疗靶点，已成为一个紧迫的临床需求。近年来，STING（干扰素基因刺激因子）信号通路在多种肝脏疾病中的作用逐渐被揭示，但其在胆汁淤积性肝病中的具体角色和调控机制仍不清晰，尤其是在不同肝细胞类型中的损伤反应模式有何异同，仍是未知数。胆汁淤积时过度累积的胆汁酸，特别是与甘氨酸或牛磺酸结合的“结合型”初级胆汁酸，是否以及如何激活STING通路，进而驱动疾病进程，是本研究试图回答的核心科学问题。
本研究的发现发表于《Journal of Advanced Research》。研究人员主要运用了单细胞RNA测序（scRNA-seq）分析临床样本（包括健康对照、PBC和PSC患者肝脏）、对小鼠原代分离的肝细胞、胆管细胞和库普弗细胞进行批量RNA测序、并利用胆汁管结扎（BDL）和Abcb4-/-小鼠构建胆汁淤积模型，结合透射电镜、线粒体功能检测、免疫荧光、蛋白质印迹等多种生化和分子生物学技术，系统性地解析了胆汁淤积过程中的细胞损伤异质性及STING信号通路的关键作用。
STING激活与人类胆管病肝损伤严重程度相关
通过对公共微阵列数据集和临床样本的分析，研究人员发现，在PBC和PSC患者的肝脏中，编码STING的基因TMEM173及其下游趋化因子CXCL10的表达显著升高。免疫荧光染色显示，在肝纤维化患者中，STING在部分CK19+胆管细胞中表达增加，门静脉区伴有大量STING+CD11B+免疫细胞浸润，表明STING信号通路活性与疾病严重程度正相关。
STING敲除减轻胆汁管结扎和MDR2缺陷诱导的胆汁淤积性肝损伤
在BDL手术和Abcb4-/-（模拟PSC）小鼠模型中，STING基因（Tmem173）敲除显著改善了血清转氨酶（ALT/AST）、总胆汁酸（TBA）水平，并减轻了肝细胞坏死、炎症细胞浸润、胆管增生和纤维化。STING缺失还下调了纤维化和炎症相关基因的表达。这些结果表明STING信号在胆汁淤积小鼠的发病机制中扮演着关键角色。
RNA-seq分析揭示STING敲除在胆汁淤积小鼠中的多机制保护作用
对小鼠肝脏的批量RNA测序分析显示，BDL引起的转录组变化在STING敲除小鼠中部分被逆转。基因集富集分析（GSEA）表明，程序性细胞死亡（如细胞凋亡、坏死、焦亡）、I型干扰素通路、细胞衰老以及炎症小体激活等通路在BDL野生型小鼠中被激活，而在STING敲除小鼠中被显著抑制。
整合单细胞转录组分析和原代肝细胞批量RNA-seq揭示胆汁淤积中损伤反应模式的细胞异质性
通过对临床样本的scRNA-seq数据重分析以及对小鼠原代分离的肝细胞、胆管细胞（BECs）和库普弗细胞的批量RNA-seq，研究人员绘制了胆汁淤积期间肝内细胞的损伤反应图谱。他们发现，胆管细胞，而非肝细胞，表现出最显著的损伤特征，特别是细胞衰老和衰老相关分泌表型（SASP）的建立。此外，库普弗细胞则主要表现为炎症小体激活和焦亡。这种细胞特异性的损伤模式塑造了门静脉区的炎症微环境。
结合初级胆汁酸在胆汁淤积期间诱导胆管细胞线粒体损伤
胆汁酸谱分析显示，在BDL和Abcb4-/-小鼠的血清和肝脏中，主要是结合型初级胆汁酸（特别是牛磺胆酸TCA）大量累积，而次级胆汁酸（如脱氧胆酸DCA）水平极低。透射电镜和功能实验证实，高浓度的TCA能诱导人永生化胆管上皮细胞（HIBECs）线粒体结构破碎、钙离子超载、活性氧（ROS）产生，并导致线粒体膜电位去极化。
结合胆汁酸诱导线粒体通透性转换孔形成和氧化mtDNA泄漏
机制上，TCA等结合胆汁酸能促进线粒体通透性转换孔（mPTP）开放，导致细胞色素c泄漏和线粒体DNA（mtDNA）释放到细胞质。同时，胆汁酸下调了负责水解氧化脱氧核苷三磷酸的Nudix水解酶1（NUDT1）的表达，促进了氧化DNA（ox-DNA）的产生和积累。在胆汁淤积小鼠模型中，胆管细胞内的ox-DNA积累明显，而在STING敲除小鼠中该现象被显著抑制。
细胞内结合胆汁酸积累驱动胆管细胞衰老和SASP
RNA-seq和体外实验表明，胆汁淤积相关的细胞衰老和SASP主要发生在胆管细胞中。TCA处理可激活cGAS-STING通路并诱导HIBECs衰老，表现为STING、TBK1、IRF3磷酸化水平升高以及衰老标志物P16、P21表达上调。STING抑制剂H151或STING基因敲除可有效逆转TCA诱导的衰老和SASP。在胆管细胞特异性STING敲除小鼠中，BDL诱导的肝损伤和SASP也得到显著缓解。
结合胆汁酸诱导的胆管细胞SASP促进巨噬细胞趋化
scRNA-seq分析显示，疾病相关的胆管细胞亚群高表达SPP1、CCL2、CSF1等多种趋化因子，作为“配体”信号与巨噬细胞亚群上的相应“受体”（如CD44、CSF1R）相互作用。体内外实验证实，胆汁淤积时胆管细胞分泌的SPP1和CSF1增加，促进了CD44+或CSF1R+巨噬细胞的趋化和附着，这一过程在STING敲除小鼠中被阻断。
受损胆管细胞通过STING信号诱导巨噬细胞炎症小体激活
受损胆管细胞的条件培养基中含有ATP和dsDNA等损伤相关分子模式（DAMPs），可激活THP-1来源巨噬细胞中的AIM2和NLRP3炎症小体，并导致Caspase-1、IL-1β和GSDMD的切割。STING抑制剂H151或STING基因敲除可抑制这一过程。此外，胆汁酸TCA能与DAMPs协同，进一步加剧巨噬细胞的炎症小体激活，该效应也依赖于STING。
结论与讨论
本研究通过整合多组学技术和基因工程小鼠模型，系统地描绘了胆汁淤积性肝病中一种新的肝内损伤反应图谱。其核心机制在于：病理条件下过度累积的细胞内结合胆汁酸（特别是TCA）导致胆管细胞线粒体损伤和氧化mtDNA泄漏，后者作为强效激动剂激活cGAS-STING信号通路。STING的激活一方面驱动胆管细胞进入衰老状态并建立衰老相关分泌表型，通过分泌SPP1、CSF1等因子趋化巨噬细胞至胆管周围；另一方面，受损胆管细胞释放的ATP和dsDNA等DAMPs，在STING依赖的方式下，促进巨噬细胞中AIM2和NLRP3炎症小体的组装与激活，可能导致一种非致死性焦亡，进一步放大炎症反应。这两个STING依赖的、细胞类型特异性的损伤反应模式（胆管细胞的衰老-SASP-趋化，以及巨噬细胞的炎症小体激活）共同推动了门静脉区的炎症和纤维化进程。
这项研究的重要突破在于：1）挑战了传统认知，明确了在胆汁淤积病理环境下，起主要损伤作用的是大量累积的结合型初级胆汁酸，而非以往研究关注的疏水性次级胆汁酸（如DCA）；2）阐明了细胞异质性，首次系统揭示了胆管细胞和巨噬细胞在胆汁淤积中截然不同但又相互关联的STING依赖性损伤反应程序；3）发现了新机制，将结合胆汁酸、线粒体损伤、氧化DNA、STING激活、细胞衰老、SASP及炎症小体活化串联成一个完整的致病轴；4）指明了新靶点，强有力的遗传学和药理学证据表明，STING信号通路是连接胆汁酸毒性、胆管细胞衰老和免疫炎症的核心枢纽，是一个极具潜力的治疗靶点，为开发治疗PBC、PSC等胆管疾病的新策略提供了重要理论依据。当然，未来临床转化需谨慎权衡全身性抑制STING可能对抗病毒免疫和肿瘤监视带来的潜在风险。
