STING激活可促进炎症性肠病（IBD）患者的肠道黏蛋白分泌

《Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Molecular Basis of Disease》：STING activation promotes intestinal mucin secretion in IBD

本研究探讨cGAS-STING通路在炎症性肠病患者粘液分泌中的作用，通过RNA测序、免疫组化和器官oids实验发现，炎症部位粘液基因表达上调，STING激活与未成熟MUC2合成增加相关，激活该通路可导致粘液分泌增多但goblet细胞减少，为IBD病理机制提供新见解。

　　

杨宇辰|Tjasso Blokzijl|安东尼奥·米格尔·达·科斯塔·德·皮纳|索菲·德容|Rinse Karel Weersma|杰拉德·迪杰斯特拉|克拉斯·尼科·法贝尔

荷兰格罗宁根大学医学中心格罗宁根大学胃肠病学和肝病学系

摘要

背景与目的

杯状细胞产生黏液，保护肠道上皮。在炎症性肠病（IBD）中观察到杯状细胞减少和黏液层受损。值得注意的是，干扰素基因的环状GMP-AMP合成酶刺激因子（cGAS-STING）通路的缺陷或过度激活都会导致小鼠的杯状细胞减少。本文分析了cGAS-STING在IBD患者和人类隐窝来源的结肠类器官（HCO）中调节杯状细胞黏液的作用。

方法

分析了IBD患者和非IBD对照组（n=821）的炎症性和非炎症性黏膜中的MUC和cGAS-STING通路基因表达，并结合了MUC2和STING通路的免疫组化检测。HCO暴露于STING激动剂diABZI和拮抗剂H151。通过qPCR、Western blotting和免疫荧光显微镜评估STING通路的激活和MUC2的调节。

结果

与非炎症性黏膜相比，炎症性回肠和结肠中的许多黏蛋白（包括MUC2）以及cGAS-STING通路相关因子的基因表达增强。炎症性IBD黏膜中可识别的（充满黏液的）杯状细胞减少，但检测到大量新合成的未成熟MUC2以及活化的/磷酸化的STING。diABZI以剂量依赖性方式增强了HCO中的p-STING，而不影响MUC2基因表达。在diABZI处理的HCO中，成熟的MUC2在腔内积聚，减少了充满MUC2的杯状细胞数量，而未成熟的MUC2仍然可检测到，表明存在缺乏成熟MUC2的杯状细胞。相比之下，H151处理并未减少HCO中充满黏液的杯状细胞数量。

结论

STING的激活促进了炎症性IBD上皮中黏液的释放，为杯状细胞在组织学上的减少提供了机制解释。

引言

胃肠道中的杯状细胞专门负责黏液的产生和分泌，这些黏液覆盖在肠道上皮上。这种黏液层具有渗透性，有助于营养物质的吸收，同时将共生细菌和病原菌与宿主上皮分隔开，并防止其他腔内刺激物，对维持肠道稳态起着不可或缺的作用[1]、[2]。黏蛋白是大分子糖蛋白，构成了黏液的主要成分[3]。寡聚化凝胶形成的黏蛋白，如MUC2、MUC5AC、MUC5B和MUC6，是黏液层的主要成分[2]。在肠道中，高度糖基化的凝胶形成黏蛋白MUC2是黏液的主要成分[4]。跨膜黏蛋白，如MUC1、MUC3、MUC4、MUC13和MUC17，锚定在上皮细胞的顶端表面，形成糖萼层[5]、[6]。黏液层的变化可能与肠道疾病（如炎症性肠病IBD）的发病机制有关，在这些疾病中，炎症会严重影响黏液的产生和分泌，使下层黏膜暴露于病理因素。组织学上，IBD患者的炎症性黏膜特征是充满黏液的杯状细胞减少和黏液层受损[7]、[8]、[9]。然而，导致杯状细胞减少的潜在机制尚不清楚。现有文献关于炎症如何影响黏蛋白产生的研究结果不一致[10]、[11]。虽然也有研究表明，结肠炎期间杯状细胞的减少主要由免疫反应（尤其是CD4⁺ T细胞和IFN-γ信号通路）介导[12]、[13]，但上皮内在机制的贡献仍不甚明了。由于黏液屏障在维持肠道稳态中的重要作用，了解IBD中黏液层改变的因果关系对于开发治疗策略至关重要。

环状GMP-AMP合成酶刺激因子（cGAS-STING）通路能感知内源性和外源性双链DNA（dsDNA）以及细菌产生的环状二核苷酸（CDNs），由于其调节肠道稳态的关键作用而受到越来越多的关注[14]、[15]、[16]、[17]。双链DNA和CDNs与cGAS结合，随后诱导环状GMP-AMP（cGAMP）的合成，导致STING从内质网（ER）转移到高尔基体，激活TANK结合激酶1（TBK1）。TBK1随后磷酸化自身、STING和干扰素调节因子3（IRF3），并启动防御机制[18]、[19]。已有研究报道cGAS-STING通路在IBD中的激活[20]、[21]，但其在肠道上皮中的作用仍不清楚。小鼠中的Sting缺陷会导致杯状细胞和黏液产生减少[22]。然而，小鼠中STING的功能增强也会导致杯状细胞减少和肠道屏障功能障碍[23]。由于小鼠研究结果存在矛盾，STING在人类肠道上皮中的作用，特别是在控制IBD中的杯状细胞数量和黏液产生方面的作用仍不明确。

因此，在本研究中，我们比较了IBD患者与非IBD个体的炎症性和非炎症性回肠及结肠中cGAS-STING通路的表达和激活情况以及MUC水平。此外，我们在人类隐窝来源的结肠类器官（HCO）中 pharmacologically 调节了STING的激活，并研究了其对黏液产生和分泌的影响。

研究人群和伦理考虑

我们分析中使用的RNA-seq数据集可从欧洲基因组-表型档案库（EGA）公开获取，访问代码为EGAS00001002702（黏膜RNA-seq：EGAD00001008214），由Hu等人生成[24]。研究人群的人口统计和临床特征、活检收集及RNA测序过程在他们的研究中已有描述。本研究共分析了393名个体的821份肠道活检样本（CD=201，UC=171，非IBD对照组=21）。

人类组织样本

人类

IBD患者的炎症性黏膜中MUC表达和新合成的MUC2蛋白增加，而充满黏液的杯状细胞减少

为了确定肠道炎症对IBD患者杯状细胞数量和功能的影响，我们首先使用来自1000IBD患者队列的821份活检样本的RNAseq数据，分析了IBD患者炎症性和非炎症性回肠及结肠黏膜中主要黏蛋白基因的表达[26]、[27]。CD和UC患者的炎症性肠道组织中MUC1、MUC2、MUC4、MUC5AC、MUC5B和MUC13的mRNA水平显著高于相应非炎症性组织

讨论

本研究表明，IBD患者的炎症性回肠和结肠黏膜中黏液的产生在转录水平上增强，这与上皮中激活的cGAS-STING通路一致。值得注意的是，炎症性肠道组织中充满黏液的杯状细胞减少，但新合成的未成熟MUC2的染色证实了它们的存在。在人类隐窝来源的类器官中 pharmacologically 激活STING会导致充满MUC2的杯状细胞减少

伦理声明

所有涉及人类参与者的研究程序均符合机构和/或国家研究委员会的伦理标准，以及1964年赫尔辛基宣言及其后续修订案。所有参与研究的个体均获得了知情同意。

作者贡献

Y.Y.和KN.F.参与了研究的概念和设计。Y.Y.进行了基础实验。G.D.负责获取患者样本。T.B.和S.J.负责从IBD患者处收集肠道组织并提供技术支持。Y.Y.和A.M.C.P.进行了统计分析。Y.Y.和KN.F.撰写了手稿。RK.W.、KN.F.和G.D.提供了资金并监督了这项研究。所有作者都对分析和解释做出了贡献

关于写作过程中使用生成式AI和AI辅助技术的声明

在准备本稿时，作者使用了[ChatGPT, OpenAI]来提高手稿的可读性和语言质量。使用该工具后，作者根据需要审查和编辑了内容，并对发表文章的内容负全责。

资助

本工作得到了中国国家留学基金委（编号：202006350025）和De Cock-Hadders基金会（编号：2023-34）、格罗宁根大学和格罗宁根大学医学中心对YY的资助。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。我们确认本文描述的工作尚未以预印本、摘要、已发表的演讲、学术论文或注册报告的形式发表。本文的发表已获得所有作者的批准