Immunity | 持续性细胞外基质修饰重塑肠道干细胞命运并促进慢性炎症|上皮|免疫|基质修饰|慢性炎症|细胞|结肠|胶原

撰文|一只鱼

炎症性肠病（IBD）的病理机制涉及组织损伤、炎症与肠道干细胞（ISC）再生之间的相互作用。ISC介导的上皮再生对恢复屏障完整性至关重要，但其功能受微环境尤其是细胞外基质（ECM）的调控。然而，以往的研究多聚焦于免疫-基质交互，ECM与ISC间的互作仍不清楚。

近日，来自以色列魏茨曼科学研究所的Irit Sagi研究团队在Immunity上发表题为Long-lasting extracellular matrix modifications reshape intestinal stem cell fate and promote chronic inflammation的文章，发现结肠ECM在炎症后发生了持久的病理性重编程，并将其称为modECM。modECM以胶原蛋白XVIII的异常积累和免疫驱动的蛋白水解为特征，能够将ISC的命运转向伤口相关上皮（WAE）状态，并伴随促炎性转录程序的激活。在体外实验中，modECM可通过抑制Wnt信号通路并激活免疫招募通路，重塑ISC的命运。在体内，modECM富集区域持续维持T细胞浸润，并促使Lgr5⁺祖细胞分化成KRT14⁺上皮细胞。

研究人员首先利用葡聚糖硫酸钠（DSS）诱导的急性结肠炎小鼠模型来研究ECM在炎症后结肠再生中的作用，发现在DSS结肠炎急性期，髓系细胞大量浸润，分泌MMP9等蛋白酶，导致胶原IV亚基COL4A1降解及纤维胶原减少。进入恢复期后，虽然体重恢复、屏障通透性趋于正常，但ECM结构损伤持续存在，表现为胶原纤维减少、基质硬度显著下降。蛋白质组学与降解组学证实，恢复期ECM中胶原XVIII（COL18A1）异常积累，而COL4A1切割产物持续存在，提示ECM损伤长期存在。他们进一步对脱细胞ECM（dECM）进行蛋白质组学与生物力学分析，发现许多信号分子和生长因子等也发生显著变化，如Wnt配体减少、BMP5及其抑制剂GREM1升高，促炎因子S100a9、趋化因子CXCL14等上调，并且在IL-10 KO自发结肠炎模型中也能观察到相似基质组变化，提示该现象具有普适性。因此，炎症驱动的ECM结构、组成和生物力学修饰，统称为modECM，产生了持续存在的损伤印记，并在组织恢复后仍然存在。这些改变可能主动塑造细胞行为，并影响组织命运。

接下来他们将ISC分别培养于健康、急性期及恢复期dECM上，发现健康dECM支持类器官形成，而急性和恢复期dECM均诱导ISC形成单层扁平上皮，丧失自我更新能力。RNA-seq分析发现，modECM上调鳞状上皮标志物及促炎因子，下调Wnt/β-catenin信号，并激活NF-κB与Hippo通路。该转录程序与已报道的伤口相关上皮（WAE）细胞高度一致，且该特征在溃疡性结肠炎（UC）患者炎症直肠组织中显著富集，提示人类IBD中存在类似转化。

COL18A1是一种关键的ECM成分，且是IBD的早期症状标志物，他们发现modECM在远端结肠含有COL18A1富集区域，进一步分析发现，modECM中COL18A1富集区与CD45⁺免疫细胞及KRT14⁺上皮细胞共定位，形成病理再生区。利用Lgr5-CreERT2谱系追踪证实，结肠Lgr5⁺ ISC后代可直接转化为KRT14⁺鳞状样细胞，参与远端结肠的异常上皮重塑。在Col18a1基因敲除小鼠中，DSS处理后免疫浸润和KRT14⁺细胞显著减少，结肠炎症状减轻，表明COL18A1是modECM驱动慢性炎症的关键效应分子。