mRNA-seq项目文章 | 小肠类器官治疗缺血性肠损伤的作用及机制研究

原创 shbio 伯豪生物

2023年11月09日 02:15

期刊：Nature Communications

影响因子：16.6

伯豪技术服务：mRNA-seq

导读

小肠是人体重要的消化、吸收和分泌器官，对健康起非常至关重要的作用。肠缺血再灌注损伤 (Ischemia/Reperfusion, I/R)常见于创伤、休克、感染、急性肠系膜缺血、肠梗阻、小肠移植及体外循环手术等临床情况，常因肠屏障的损伤导致肠外多器官功能不全或衰竭，死亡率极高。成体干细胞衍生的类器官具有遗传稳定性和组织特异性，是修复组织的理想材料。因此，将小肠类器官植入受损小肠粘膜是治疗小肠粘膜损伤及其并发症的一种有前景的方法。

科学问题

探讨小肠类器官对肠I/R损伤的作用及相关机制

研究技术

RNA-seq(伯豪生物提供技术服务)、非靶向代谢组

结论

小肠类器官通过分泌L-苹果酸调节免疫微环境改善肠I/R损伤，为临床治疗缺血性肠损伤提供了新策略。

研究设计图

研究结果

1. 小肠类器官移植改善小鼠肠I/R损伤

小肠类器官移植可以加速修复和重建小肠粘膜上皮，并显著减轻小鼠肠道及血清炎症因子水平、组织病理学损伤，促进抗炎因子分泌，提高肠I/R后小鼠生存率。这一作用在移植后36h具有显著意义。类器官移植组受体小鼠肠组织细胞增殖标志物Ki67和潘氏细胞标志物Lysozyme表达较对照组相比明显增加。

图1

2. 小肠类器官移植对肠I/R损伤肠组织局部免疫微环境的影响

通过观察移植后不同时间点中性粒细胞、单核细胞、巨噬细胞和T细胞的募集情况，发现小肠类器官移植组的中性粒细胞，单核细胞和巨噬细胞在造模后36小时显著低于对照组，

而T淋巴细胞水平在肠I/R 损伤后的各个时间点均没有观察到显著差异，提示移植的小肠类器官主要调控受体肠组织的髓系细胞群。在之前的报道中，循环中的单核细胞不断补充肠组织中的巨噬细胞。高表达Ly6C和低表达MHCII的炎性单核细胞通过下调Ly6C和上调MHCⅡ的表达逐渐成熟为组织驻留巨噬细胞。所以我们首先鉴定了单核细胞在肠固有层中的募集分化成巨噬细胞的过程，我们发现，随着细胞从 Ly6C⁺MHCII^- 炎性单核细胞分化成熟成 Ly6C^-MHCII⁺ 巨噬细胞，单核细胞来源的巨噬细胞(包括 Ly6C⁺MHCII⁺ 和 Ly6C^-MHCII⁺ 细胞)表达CX3CR1和CD206增加，类器官移植组的炎性单核细胞 Ly6C⁺MHCI^-的比例明显低于对照组，而单核细胞来源的巨噬细胞(包括 Ly6C⁺MHCII⁺ 和 Ly6C^-MHCII⁺ 细胞)显着增加，差异有统计学意义。提示小肠类器官移植可以促进单核细胞向巨噬细胞募集分化和成熟的过程，并提示着对炎症表型向修复表型的转变。

图2

3. 小肠类器官移植是通过巨噬细胞发挥对肠I/R损伤的保护作用

用氯膦酸盐脂质体清除小鼠体内巨噬细胞后类器官移植对肠I/R损伤的保护作用消失，单核细胞各亚群比例明显降低。清除巨噬细胞后小肠类器官移植不能促进肠 I/R 后 36 小时肠组织固有层中的巨噬细胞 M2 极化。

图3

4. 类器官分泌L-苹果酸调节巨噬细胞M2极化

我们对与小肠类器官条件培养基共培养后的原代骨髓巨噬细胞（CD11b⁺F4/80⁺）的分型进行进一步分析。我们发现与小肠类器官条件培养基共培养后的原代骨髓巨噬细胞中CD206⁺ M2型巨噬细胞较对照组相比明显增加，差异有统计学意义。通过代谢组学检测发现，L-苹果酸在小肠类器官条件培养基中富集的代谢产物和小肠类器官移植组盲肠内容物中明显上调的代谢产物共同表达。提示L-苹果酸可能是调控巨噬细胞M2极化的小肠类器官代谢产物。

图4

5. L-苹果酸可以改善小鼠肠I/R损伤

为了进一步明确MA对肠I/R后肠组织损伤的影响，我们检测了 MA 处理后的小鼠小肠组织病理损伤情况。H & E 染色结果显示，使用 MA 处理后的对照组小鼠小肠组织病理损伤评分较使用对照溶剂处理的对照组小鼠明显减轻，炎症因子水平明显降低，肠 I/R 损伤肠组织的再生修复加快，巨噬细胞发生M2极化。

图5

6. L-苹果酸依赖于SOCS2介导巨噬细胞M2极化
通过RNA-seq检测L-苹果酸处理后的巨噬细胞，与溶剂组相比，在L-苹果酸处理的巨噬细胞中，细胞因子信号转导抑制因子2（SOCS2）基因显著上调，巨噬细胞进一步发生 M2极化。而用小干扰RNA敲低SOCS2预处理则会逆转这一作用。

图6

7. 过继回输L-苹果酸预处理的野生型小鼠巨噬细胞可减轻SOCS2-/-小鼠的肠I/R损伤

为了进一步探讨L-苹果酸的作用机制，通过对SOCS2基因敲除小鼠造模后发现L-苹果酸失去了对肠I/R损伤的保护作用，对单核细胞向巨噬细胞分化和极化调控作用被逆转。表明L-苹果酸以SOCS2依赖的方式诱导巨噬细胞M2极化及保护肠I/R损伤。此外，通过对巨噬细胞过继回输，发现回输野生型小鼠而非SOCS2基因敲除小鼠L-苹果酸预处理后造模36小时的巨噬细胞能有效保护肠I/R损伤，降低炎症因子表达，此结果提示L-苹果酸依赖于SOCS2促进巨噬细胞M2极化从而保护肠I/R损伤。

图7

参考文献:

Zhang, F. L., Hu, Z., Wang, Y. F., Zhang, W. J., Zhou, B. W., Sun, Q. S., Lin, Z. B., & Liu, K. X. (2023). Organoids transplantation attenuates intestinal ischemia/reperfusion injury in mice through L-Malic acid-mediated M2 macrophage polarization. Nature communications, 14(1), 6779. https://doi.org/10.1038/s41467-023-42502-0.

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