炎癥性腸病（IBD）是一種復雜、持久而又反復發(fā)作的腸道疾病，其中潰瘍性結腸炎（UC）和克羅恩?。–D）是兩種最普遍的表現形式【1】。IBD患者的腸粘膜特征性的表現為上皮損傷和粘膜愈合的連續周期發(fā)生，從而極大地損害了患者的生活質(zhì)量【2】。目前，全球IBD的發(fā)病率不斷攀升。在西方白人人群中，IBD的患病率已接近0.5％【3】。目前，IBD的確切發(fā)病機理仍然不清楚。針對IBD的治療手段主要是為了減輕患者的相關(guān)癥狀，這些治療措施很難徹底治愈IBD患者。大約50％的CD患者和16％的UC患者在最初診斷后的10年內仍需要手術(shù)治療【4】。目前一系列臨床研究表明，腸黏膜的完全再生（又被稱(chēng)為“mucosal healing”）能夠更好的治療IBD【5】。在哺乳動(dòng)物腸道中，位于上皮隱窩底部的多能腸道干細胞（ISC）能夠通過(guò)分化為多個(gè)上皮后代來(lái)修復受損的上皮。因此，更好地理解ISC介導的上皮修復的細胞和分子機制，不僅可以洞悉IBD的病因，而且可以為IBD的治療提供依據。
由于常被視為線(xiàn)粒體的輔助細胞器或者功能冗余細胞器，過(guò)氧化物酶體（peroxisome）雖然早在60多年前就被發(fā)現廣泛存在于真核細胞中，其生理功能的研究卻常被人忽視和遺忘。在眾多的細胞器中，過(guò)氧化物酶體是具有很強的可塑性。其能夠響應環(huán)境刺激改變內部組成、數目和形態(tài)【6】。在體外培養的細胞體系中，過(guò)氧化物酶體被發(fā)現與包括線(xiàn)粒體、內質(zhì)網(wǎng)、脂質(zhì)滴和溶酶體在內細胞器進(jìn)行動(dòng)態(tài)通訊，以執行特定功能。過(guò)氧化物酶體相關(guān)基因突變會(huì )導致人類(lèi)多種嚴重的發(fā)育缺陷疾病，包括Zellweger綜合征、嬰兒型Refsum綜合征及腎上腺腦白質(zhì)營(yíng)養不良等。然而，目前人們對過(guò)氧化物酶體在動(dòng)物體內的具體生理和病理功能的仍知之甚少。
2020年4月2日，來(lái)自中山大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院的陳海洋教授實(shí)驗室（目前，陳教授已經(jīng)將實(shí)驗室遷至四川大學(xué)華西醫院，共同一作為陳教授組博士生杜剛、中山大學(xué)附屬第一醫院主任醫師熊理守和中山大學(xué)生命科學(xué)院碩士研究生李曉榮）在Developmental Cell雜志上在線(xiàn)發(fā)表了題為Peroxisome elevation induces stem cell differentiation and intestinal epithelial repair的研究長(cháng)文，發(fā)現在果蠅、小鼠和人類(lèi)的腸粘膜受損后，ISC中的過(guò)氧化物酶體會(huì )迅速增加并發(fā)生一系列變化，促進(jìn)ISC的分化產(chǎn)生新的腸上皮細胞（EC），進(jìn)而促進(jìn)腸粘膜的損傷修復。
通過(guò)分析人類(lèi)IBD患者樣本，作者發(fā)現UC和CD患者結腸隱窩中過(guò)氧化物酶體明顯增多。這種損傷后干細胞中體明顯增多的現象引起了作者的注意，驅使作者探究過(guò)氧化物酶體是否會(huì )參與調控干細胞介導的腸上皮損傷修復過(guò)程。由于果蠅腸道模型是研究人類(lèi)腸道的經(jīng)典模型。作者觀(guān)察了果蠅腸道損傷修復過(guò)程，相似地，作者發(fā)現果蠅ISC中過(guò)氧化物酶體在腸道損傷修復的過(guò)程中出現明顯的先增多后減少的變化（圖1），這一現象暗示了過(guò)氧化物酶體在該過(guò)程中扮演角色。
圖1：損傷誘導果蠅干細胞中過(guò)氧化物酶體增殖
通過(guò)敲除過(guò)氧化物酶體膜蛋白（PEX2及PEX10）來(lái)破壞過(guò)氧化物酶體功能，作者發(fā)現在正常情況下，過(guò)氧化物酶體功能缺陷并不會(huì )影響ISC的維持及正常分裂。在沒(méi)有外界損傷刺激的情況下，過(guò)氧化物酶體功能缺陷的果蠅能形成幾乎正常的腸道并維持其大致的穩態(tài)。然而，當腸上皮受到損傷后過(guò)氧化物酶體功能缺陷的果蠅卻不能夠像野生型果蠅一樣完成對腸上皮的修復，反而是導致腸道中聚集大量未分化的“類(lèi)干細胞”（圖2）。
圖2：破壞過(guò)氧化物酶體功能導致干細胞無(wú)法分化為成熟的腸上皮細胞
為探究過(guò)氧化物酶體調控ISC分化的具體機制，作者分離出損傷修復出生各階段的過(guò)氧化物酶體并進(jìn)行質(zhì)譜分析。作者發(fā)現，損傷發(fā)生后野生型果蠅過(guò)氧化物酶體內部或表面新增加270多種蛋白質(zhì)與其結合。而在過(guò)氧化物酶體功能缺陷的果蠅中該現象去沒(méi)有發(fā)生。通過(guò)分析這些損傷發(fā)生后瞬時(shí)與過(guò)氧化物酶體直接相互作用的蛋白，作者發(fā)現了大量與內吞（endocytosis）相關(guān)的蛋白。追蹤這一現象，作者發(fā)現損傷發(fā)生后過(guò)氧化物酶體可以通過(guò)促進(jìn)RAB7依賴(lài)的晚期內體的成熟來(lái)促進(jìn)內吞作用。這種內吞作用進(jìn)而激活了Janus tyrosine Kinase（JAK）- Signal Transducer and Activator of Transcription (STAT)信號通路及其下游效應分子SOX21A轉錄調控因子。該信號通路的激活最終導致ISC分化并修復受損的腸道上皮（圖3）。在潰瘍性結腸炎模型小鼠和IBD患者中，作者也觀(guān)察到了類(lèi)似的作用機制。
圖3：損傷誘導的過(guò)氧化物酶體增加促進(jìn)ISC分化及腸道上皮再生
上述研究證明，過(guò)氧化物酶體對于ISC在受傷后產(chǎn)生EC是必不可少的。隨后，作者想知道人為的促進(jìn)過(guò)氧化物酶體的增加是否可以相應地促進(jìn)腸上皮修復。通過(guò)給腸損傷果蠅喂食苯丁酸鈉（NaPB；一種通過(guò)誘導PEX11表達來(lái)促進(jìn)過(guò)氧化物酶體增殖并被人們用于從尿素循環(huán)障礙患者的血液中清除氨的小分子藥物）或過(guò)表達PEX11C（該蛋白能促進(jìn)過(guò)氧化物酶體分裂），作者發(fā)現增加過(guò)氧化物酶體數目可以顯著(zhù)縮短果蠅損傷修復所需的時(shí)間并促進(jìn)果蠅在在慢性損傷刺激下的存活能力。隨后作者利用小鼠進(jìn)一步驗證了NaPB和通過(guò)過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體α介導的機制促進(jìn)過(guò)氧化物酶體增殖的小分子藥物非諾貝特，發(fā)現這兩種藥都能夠促進(jìn)小鼠隱窩中過(guò)氧化物酶體增殖，并加速DSS誘導的結腸炎小鼠的腸上皮修復。作者的這一發(fā)現，為干細胞的損傷修復提供了新的機制，也為IBD患者的治療提供了新的方法。
總的來(lái)說(shuō)，本研究有以下重要發(fā)現：首先，損傷能夠誘發(fā)從果蠅到人類(lèi)腸道干細胞中過(guò)氧化物酶體數目及內容物的增加；其次，損傷誘導的過(guò)氧化物酶體動(dòng)態(tài)變化是促進(jìn)果蠅腸道干細胞分化所必需的；再者，過(guò)氧化物酶體能夠調控RAB7依賴(lài)的晚期內體成熟，進(jìn)而促進(jìn)干細胞分化；最后，促進(jìn)過(guò)氧化物酶體增殖能夠有效促進(jìn)腸道上皮細胞修復過(guò)程。
原文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.devcel.2020.03.002
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