Cell Stem Cell | 细菌信号“重启”肠道干细胞：ADP-庚糖诱导肠道损伤修复的新机制|促炎|信号|凋亡|基因改造细菌|庚糖|肠道干细胞

撰文 | 阿童木

ALPK1–TIFA 信号通路是近年来发现的一条关键的细菌感应–炎症应答通路，研究显示细胞质蛋白TIFA能识别来源于细菌的庚糖磷酸类分子，激活NF-κB促炎通路，对感染防御和炎症反应具有重要意义（BioArt报道：）【1】。其中关键信号分子是 ADP-庚糖（ADP-Hep），它是革兰氏阴性菌脂多糖（LPS）合成的中间产物。近年来研究发现激酶ALPK1可直接感知胞内ADP-Hep，并磷酸化TIFA，从而启动炎症反应【2】。尽管已有多项研究基于感染模型揭示该通路有助于识别多种革兰氏阴性菌，其在体内的功能及与其他细菌感应机制在激活NF-κB信号中的关系仍不明确。

肠道上皮细胞（IECs）构成肠腔与宿主组织之间的重要屏障，不仅通过物理阻隔微生物入侵，还依赖杯状细胞分泌的黏液素，以及潘氏细胞和杯状细胞释放的抗菌肽共同维持微环境的稳定【3】。为了维持屏障的完整性，肠道上皮具有快速更新的能力（每3–5天一轮），这一过程主要由位于隐窝底部的肠道干细胞（ISCs）完成。这些细胞与潘氏细胞共同处于近乎无菌的“隐窝生态位” ，可持续产生吸收性和分泌性肠上皮细胞，代表性标志物为Lgr5【4】。

在肠道屏障破坏的病理情境（如感染或炎症性肠病）下，ISCs的应激响应尤为关键。先前研究发现，全身γ射线诱发急性肠损伤可诱导一种特殊干细胞群体—— 复兴干细胞（revSCs）的激活，这类细胞通过YAP/TAZ与TGF-β信号通路驱动再生过程，表达Clu与Ly6a等标志物【5】。revSCs可能由肠上皮的多种成熟细胞谱系转化而来，但目前关于其诱生机制和微生物信号是否介入，尚不清楚。

2025年7月11日，多伦多大学 Scott D. Gray-Owen 和 Stephen E. Girardin 实验室等合作在

Cell Stem Cell

杂志发表了文章

Bacterial ADP-heptose triggers stem cell

regeneration in the intestinal epithelium

following injury

，揭示了细菌代谢物ADP-Hep可通过ALPK1-TIFA通路驱动ISC凋亡，并通过TGF-β/YAP信号促使潘氏细胞去分化为revSCs，从而实现干细胞群体的更新。Tifa缺失小鼠在辐照或肠损伤后诱导revSC的能力显著减弱，证实 ALPK1-TIFA 通路在肠道上皮修复中的关键作用。

通过分析公共RNA-seq数据集，作者发现肠道菌群定植可显著上调小鼠小肠中Alpk1与Tifa的表达。单细胞转录组数据及RNA原位杂交结果进一步显示，这两种基因在Lgr5+、Mki67+（增殖标志物）的ISCs亚群中表达显著，提示ALPK1-TIFA通路可能在隐窝无菌屏障破坏时发挥保护性功能。在回肠类器官中，ADP-Hep相较其他典型MAMPs（如LTA、LPS、MDP等）能更强烈诱导促炎因子表达，且该反应依赖TIFA。RNA-seq与免疫印迹分析表明，ADP-Hep可在6小时内诱导典型的NF-κB促炎转录程序，验证其在ISCs中介导炎症应答的能力。因此， ALPK1-TIFA 信号轴在 ISCs 中表达并通过 NF- κB通路驱动促炎反应。

同时， ADP-Hep还显著抑制DNA复制相关基因，降低ISCs增殖能力。这种效应同样依赖TIFA，并在小鼠和人类类器官中通过caspase-8、caspase-3与PARP-1的裂解表现为典型的凋亡表型，而非程序性坏死或焦亡。进一步分析发现， ADP-Hep通过NF-κB上调Tnf表达，进而通过TNF旁分泌信号诱导ISCs凋亡。即使在低剂量下，ADP-Hep也能诱导凋亡表型，而对炎症基因的诱导则相对较弱。Tnf 缺失类器官部分保留隐窝结构，提示凋亡在ADP-Hep抑制上皮增殖中发挥主要作用，但非唯一机制。

在移除ADP-Hep后，类器官可恢复新生隐窝形成，并出现Ki67阳性细胞，提示revSC程序被激活。RNA-seq显示Ly6a、Clu与Anxa家族等 revSC标志物在ADP-Hep刺激后显著上调。TGF-β信号的启动早于凋亡，且Clu与Anxa10的表达依赖于TGF-β受体。值得注意的是，即便在Tnf缺失类器官中，revSC标志物仍可被ADP-Hep诱导，但诱导程度下降，表明 TGF-β信号与凋亡协同促进revSC生成。

为进一步厘清细胞重编程的路径，作者通过scRNA-seq发现，ADP-Hep可选择性清除Lgr5+ ISC群体（SC2簇），并在刺激解除后24小时实现完全恢复。构建的细胞轨迹显示，revSCs可能源自潘氏细胞的去分化过程。潘氏细胞中YAP靶基因（如Clu、Anxa1、Areg等）表达显著上调，而其成熟标志基因如Itln1、Defa28则下调，显示该群体进入重编程状态。免疫染色与谱系示踪进一步验证， ADP-Hep处理可诱导潘氏细胞核YAP转位及Clu表达，从而完成向revSCs的转化。

在人类类器官中，ADP-Hep仅在具备潘氏细胞分化能力的培养条件下才能诱导revSC程序（如AREG上调），进一步验证了潘氏细胞是revSCs生成的前体。利用Lyz1谱系示踪小鼠类器官，作者观察到ADP-Hep处理后tdTomato+细胞向隐窝带迁移，并获得Ki67表达，表明潘氏细胞失去原有静止状态，获得多能性与增殖能力，证实 ADP-Hep通过潘氏细胞去分化诱导revSCs和上皮再生。

体内实验表明，在 SPF 小鼠回肠和结肠中 ADP-Hep 浓度可达数μ g/mL ，足以在类器官中激活 ALPK1-TIFA 信号。尽管稳态下隐窝结构不受影响，但在γ射线或 DSS 诱导的屏障破坏模型中， Tifa 缺失小鼠表现出 revSC 生成障碍。用缺乏 ADP-Hep 合成能力（Δ hldE ）的 E.coli 定殖 GF 小鼠后再行辐照， revSCs 生成也会显著减少。可见，细菌代谢物ADP-Hep及TIFA相关信号在诱导 revSCs 和肠上皮再生中作用关键。

综上所述，本研究明确了ALPK1-TIFA通路在肠道干细胞更新中的功能：细菌代谢物ADP-Hep通过触发ISC凋亡和潘氏细胞去分化，启动TGF-β/YAP依赖的再生通路，诱导潘氏细胞去分化为revSCs，从而实现干细胞群体的更新。通过单细胞转录组和体内功能验证，该研究揭示了肠道微生物群参与组织再生的一个全新机制，也为干细胞可塑性和再生医学研究提供了新的方向。

https://doi.org/10.1016/j.stem.2025.06.009

制版人：十一

参考文献

1. Gaudet, R.G., et al . (2015). Cytosolic detection of the bacterial metabolite HBP activates TIFA-dependent innate immunity.Science348, 1251–1255.

2. Zhou, P., et al. (2018). Alpha-kinase 1 is a cytosolic innate immune receptor for bacterial ADP-heptose.Nature561, 122–126.

3. Jergens, A.E., et al. (2021). Rules of Engagement: Epithelial-Microbe Interactions and Inflammatory Bowel Disease.Front. Med.8, 669913.

4. Barker, N., et al. (2007). Identification of stem cells in small intestine and colon by marker gene Lgr5.Nature449, 1003–1007.

5. Morral, C., et al. (2024). p53 promotes revival stem cells in the regenerating intestine after severe radiation injury.Nat. Commun.15, 3018.

学术合作组织

（*排名不分先后）