2021年10月25日，清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院、清華大學(xué)免疫學(xué)研究所胡小玉課題組在《Mucosal Immunology》（黏膜免疫）雜志在線發(fā)表了題為“Epithelial NELF guards intestinal barrier function to ameliorate colitis by maintaining junctional integrity”（上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)錄延伸因子復(fù)合物通過維持腸道上皮細(xì)胞屏障功能完整性來改善結(jié)腸炎）的研究論文，揭示了轉(zhuǎn)錄延伸負(fù)調(diào)控因子NELF復(fù)合物（negative elongation factor complex）通過調(diào)控細(xì)胞連接基因表達(dá)和抑制上皮細(xì)胞壞死來維持腸道上皮細(xì)胞屏障功能完整性，從而減緩結(jié)腸炎發(fā)病進(jìn)程。

上皮組織是哺乳動(dòng)物隔離外界環(huán)境的第一道防線，而由腸道上皮細(xì)胞構(gòu)成的腸道黏膜屏障可以幫助機(jī)體把腸腔環(huán)境中的病原體或共生微生物隔離開來。除了產(chǎn)生黏液層，這些腸上皮細(xì)胞構(gòu)成一個(gè)連續(xù)的物理屏障，由緊密連接（tight junctions）、粘著連接（adherens junctions）以及橋粒（desmosomes）形成的上皮連接復(fù)合物構(gòu)成。緊密連接的失調(diào)往往與腸道通透性增加和腸道炎癥相關(guān)，例如在炎癥性腸病（inflammatory bowel diseases, IBDs）患者中人們觀察到上皮細(xì)胞連接完整性出現(xiàn)異常，暗示細(xì)胞連接的異?？赡軈⑴c了與IBDs的發(fā)病機(jī)制。因此，細(xì)胞連接相關(guān)的基因表達(dá)需要被嚴(yán)格調(diào)控，以確保腸道上皮屏障的完整性。然而，控制腸道上皮細(xì)胞連接的轉(zhuǎn)錄調(diào)控機(jī)制至今未明。

以往對(duì)于腸道上皮細(xì)胞屏障功能的轉(zhuǎn)錄調(diào)控機(jī)制研究多集中在轉(zhuǎn)錄起始階段的序列特異性轉(zhuǎn)錄因子功能和表觀遺傳學(xué)修飾等，但是對(duì)于轉(zhuǎn)錄起始后（如轉(zhuǎn)錄延伸）調(diào)控是否參與腸道上皮細(xì)胞屏障功能的維持尚不清楚。轉(zhuǎn)錄起始后調(diào)控尤其是轉(zhuǎn)錄延伸負(fù)調(diào)控因子NELF復(fù)合物參與的轉(zhuǎn)錄暫停過程，在多種生命過程中都起到重要作用。其中胡小玉課題組于2020年發(fā)文闡述了NELF在巨噬細(xì)胞活化過程中的動(dòng)態(tài)變化及其調(diào)控巨噬細(xì)胞分泌細(xì)胞因子的關(guān)鍵作用（Nat Commun, 2020）。這一研究結(jié)果暗示了NELF復(fù)合物可能在腸道上皮細(xì)胞穩(wěn)態(tài)維持中也發(fā)揮了重要作用，于是，課題組研究人員通過構(gòu)建Nelfb基因的腸道上皮細(xì)胞特異性缺陷小鼠，研究了NELF復(fù)合物介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄起始后調(diào)控機(jī)制在腸道上皮細(xì)胞中的功能。

研究初期，課題組研究人員發(fā)現(xiàn)在穩(wěn)態(tài)情況下，腸上皮NELF缺陷小鼠的腸上皮組織結(jié)構(gòu)、細(xì)胞分化等未發(fā)生異常，但是在DSS構(gòu)建的小鼠腸炎模型實(shí)驗(yàn)中，NELF缺陷小鼠相較于對(duì)照組小鼠表現(xiàn)出顯著的體重下降和死亡率上升、以及嚴(yán)重的組織損傷和免疫細(xì)胞浸潤(rùn)等現(xiàn)象。隨后，研究人員嘗試探索NELF在緩解腸炎過程中發(fā)揮怎樣的作用，利用組織免疫熒光染色和透射電子顯微鏡等技術(shù)，發(fā)現(xiàn)DSS誘導(dǎo)腸炎早期（第二天）時(shí)，NELF缺陷小鼠的腸道上皮細(xì)胞便出現(xiàn)大量類似細(xì)胞壞死性（necroptosis）死亡。然而在抗生素處理之后，死亡細(xì)胞數(shù)量明顯減少，暗示NELF缺陷引起的上皮細(xì)胞死亡可能依賴于菌群刺激。進(jìn)一步的細(xì)胞水平和分子水平上的探究發(fā)現(xiàn)，NELF缺陷小鼠在穩(wěn)態(tài)條件下便出現(xiàn)部分上皮細(xì)胞死亡，并且是MLKL依賴的細(xì)胞壞死，而DSS作用加劇了上皮細(xì)胞的壞死。研究人員通過ChIP-seq等分子生物學(xué)手段發(fā)現(xiàn)，腸上皮NELF缺陷會(huì)導(dǎo)致大量上皮細(xì)胞特異性基因表達(dá)紊亂。值得注意的是，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示腸道上皮NELF可以通過直接靶向啟動(dòng)子區(qū)域調(diào)控多種細(xì)胞連接相關(guān)基因（如Cldn3、Cgn、Cldn23、Jup等）的表達(dá)，并且在敲除NELF之后，細(xì)胞連接基因在mRNA和蛋白水平上顯著下調(diào)（圖1）。最后結(jié)合動(dòng)物體內(nèi)實(shí)驗(yàn)和原位雜交（FISH）等技術(shù)驗(yàn)證了在誘導(dǎo)性結(jié)腸炎早期階段，腸上皮NELF缺陷導(dǎo)致上皮通透性增加、共生菌入侵加劇，且腸炎發(fā)展依賴于共生菌入侵。

圖1 .? 腸上皮NELF通過直接靶向啟動(dòng)子區(qū)域調(diào)控多種細(xì)胞連接相關(guān)基因的表達(dá)

綜合上述實(shí)驗(yàn)論證表明，在DSS誘導(dǎo)腸炎初期腸上皮NELF缺陷首先導(dǎo)致細(xì)胞連接相關(guān)基因顯著下調(diào)，促使上皮細(xì)胞屏障功能下降，加劇共生菌入侵以及共生菌依賴的上皮細(xì)胞壞死，而細(xì)胞壞死又進(jìn)一步加劇了屏障破壞，最終引起嚴(yán)重的炎癥反應(yīng)。該研究首次揭示了轉(zhuǎn)錄起始后階段轉(zhuǎn)錄延伸調(diào)控因子NELF復(fù)合物特異性調(diào)節(jié)腸道上皮屏障功能相關(guān)基因的表達(dá)，在維持腸道屏障穩(wěn)態(tài)的過程中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。

清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院、清華大學(xué)免疫學(xué)研究所胡小玉教授和醫(yī)學(xué)院助理研究員郭雪坤博士為本文的共同通訊作者，已畢業(yè)的歐加堯博士和已出站的博后管曉星博士為該論文共同第一作者。此外，來自清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院的徐滬濟(jì)教授、及其博士研究生王天嬌和胡小玉課題組的博士研究生王佳麗、張彬?qū)Ρ狙芯孔龀隽酥匾暙I(xiàn)。該研究得到了喬治·華盛頓大學(xué)李榮（Rong Li，音譯）教授的重要支持。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委、科技部、清華大學(xué)-北京大學(xué)生命科學(xué)聯(lián)合中心以及清華大學(xué)免疫學(xué)研究所資助。

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https://www.nature.com/articles/s41385-021-00465-9

來源：清華大學(xué)