《Cell Death Discovery》:Metrnl protects intestinal barrier function by regulating tight junctions via the IKKβ/IκBα/NFκB/MLCK/MLC signaling pathway
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为探究 Metrnl 在肠道屏障功能中的作用,研究人员利用基因敲除和过表达小鼠模型等开展研究。结果发现,Metrnl 通过 IKKβ/IκBα/NFκB/MLCK/MLC 通路调节紧密连接,维持肠道屏障完整性,这为治疗肠道屏障功能障碍疾病提供了潜在靶点。
在人体这个复杂的 “小宇宙” 里,肠道就像一道重要的防线,守护着身体的健康。肠道屏障主要由通过紧密连接相连的上皮细胞构成,它能阻止有害物质进入人体,维持肠道内环境的稳定。一旦这道防线出现问题,各种健康危机就会接踵而至,像结肠炎、非酒精性脂肪肝等疾病都与肠道屏障功能受损有关。
Meteorin 样蛋白(Metrnl,也被称为 Subfatin、IL-41 或 Cometin)是一种在肠道上皮中大量表达的分泌蛋白。尽管此前研究发现它在脂肪代谢、肌肉修复等方面发挥着重要作用,但它在肠道屏障功能中的角色一直是个谜。为了揭开这个谜团,海军军医大学的研究人员展开了深入研究,相关成果发表在《Cell Death Discovery》上。
研究人员采用了多种关键技术方法。在动物实验方面,构建了多种基因编辑小鼠模型,包括 Metrnl 全身敲除小鼠(Metrnl-/-)、肠道上皮特异性敲除小鼠(IE-Metrnl-/-)、血管内皮特异性敲除小鼠(EC-Metrnl-/-)以及肠道上皮特异性过表达小鼠(IE-MetrnlOE) 。通过给小鼠口服荧光素异硫氰酸酯标记的葡聚糖 4k(FITC-dextran 4k),检测血液中荧光强度来评估肠道通透性。在细胞实验中,培养 Caco-2 细胞,利用 Transwell 小室检测细胞单层的跨上皮电阻(TEER)和 FITC-dextran 4k 的通透性,以此评估肠道上皮细胞的屏障功能。此外,还运用了免疫组化、Western blot、ELISA 等技术检测相关蛋白的表达和含量。
研究结果如下:
- Metrnl 缺失加剧肠道屏障损伤:通过对 Metrnl 在各组织中的表达分析,发现其在胃肠道组织中高表达,且在结肠中表达最为显著。利用 Metrnl-/-小鼠研究发现,正常情况下其肠道屏障功能无明显变化,但在内毒素刺激后,肠道通透性显著增加,这表明全身 Metrnl 缺失会加剧内毒素诱导的肠道屏障损伤。进一步使用 IE-Metrnl-/-小鼠研究发现,内毒素刺激 10 小时后,肠道上皮特异性 Metrnl 缺失同样会加重肠道屏障功能障碍;而且在烧伤诱导的肠道屏障损伤模型中,IE-Metrnl-/-小鼠的肠道通透性也明显高于野生型小鼠,说明 Metrnl 缺失导致的肠道屏障损伤不仅与内毒素有关,还与烧伤应激相关。
- Metrnl 缺失对炎症和细胞凋亡的影响:研究发现,IE-Metrnl-/-小鼠在受到内毒素刺激后,肠道组织中 IL-6 表达增加,血液中 IL-1β 浓度升高,这表明 Metrnl 缺失会放大局部和全身的炎症反应。然而,通过 TUNEL 染色、检测 caspase 3 活性等实验发现,Metrnl 缺失并不会增加内毒素诱导的肠道上皮细胞凋亡,说明 Metrnl 缺失导致的肠道屏障损伤并非由肠上皮细胞凋亡引起。
- Metrnl 对紧密连接的调节作用:研究人员对紧密连接蛋白进行检测,发现 IE-Metrnl-/-小鼠和野生型小鼠在受到内毒素刺激后,ZO2、Claudin2 和 Claudin3 等紧密连接蛋白的表达没有明显差异,但电镜观察显示 IE-Metrnl-/-小鼠肠上皮细胞间紧密连接的解体更为明显。在 Caco-2 细胞实验中,添加 Metrnl 重组蛋白可显著增加跨膜电位,降低 FITC-dextran 4k 的通透性,同时 Metrnl 缺失会导致肠组织和 Caco-2 细胞中 MLCK 表达上调和 MLC 磷酸化增加,这表明 Metrnl 可能通过 MLCK/MLC 信号通路调节紧密连接,进而影响肠道通透性。
- Metrnl 过表达和重组蛋白的保护作用:构建的 IE-MetrnlOE小鼠实验表明,在正常情况下,其肠道屏障功能与野生型小鼠无差异,但在内毒素刺激后,肠道特异性过表达 Metrnl 可显著减轻肠道屏障损伤。给小鼠注射 Metrnl 重组蛋白,无论是预防性还是治疗性给药,都能明显改善内毒素诱导的肠道屏障损伤。此外,在免疫缺陷小鼠(M-NSG)模型中,Metrnl 重组蛋白仍能发挥改善肠道屏障损伤的作用,说明其调节肠道屏障功能的机制可能独立于 T 细胞、B 细胞和 NK 细胞;不过,巨噬细胞在 Metrnl 调节内毒素诱导的肠道屏障损伤中起重要作用,但在烧伤诱导的损伤中并非必需。
- NFκB 信号通路的关键作用:研究发现,IE-Metrnl-/-小鼠肠组织中 p65、IκB 和 IKKβ 的磷酸化增强,NFκB 转录活性增加,说明 Metrnl 缺失会激活 NFκB 信号通路。使用 NFκB 信号通路抑制剂 PDTC 处理后,能消除 Metrnl 缺失导致的肠道屏障损伤,进一步证实了 NFκB 信号通路在 Metrnl 调节肠道屏障功能中的关键作用。
- Metrnl 对结肠炎的改善作用:研究观察到,在葡聚糖硫酸钠(DSS)诱导的结肠炎小鼠模型中,血液中 Metrnl 浓度显著增加。给 IE-MetrnlOE小鼠诱导结肠炎后发现,其肠道屏障损伤明显减轻,体重下降、疾病症状以及结肠缩短和组织损伤等情况都得到缓解,说明肠道上皮中的 Metrnl 能显著改善结肠炎的发生和发展。
研究结论和讨论部分指出,该研究明确了 Metrnl 在维持肠道屏障完整性方面的关键作用。Metrnl 通过抑制炎症反应,调节 IKKβ/IκBα/NFκB/MLCK/MLC 信号通路,防止内毒素和烧伤等因素导致的紧密连接破坏,从而维持肠道屏障功能。Metrnl 过表达或给予 Metrnl 重组蛋白都能改善肠道屏障功能障碍,这为治疗肠道屏障相关疾病提供了新的潜在治疗靶点。不过,研究也存在一些局限性,如未研究 Metrnl 对特定肠段屏障通透性的影响,且 DSS 诱导的结肠炎模型与人类疾病病理存在差异,未来还需要通过临床研究或更符合生理病理的模型进一步验证研究结果的临床应用价值。但总体而言,这项研究为深入理解肠道屏障功能的调控机制以及开发相关治疗策略提供了重要的理论依据。
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