客户文章丨Theranostics多胺与炎症性肠病
炎症性肠病（Inflammatory bowel diseases, IBD）的发病过程中伴随细胞焦亡，同时激发炎症反应。芳香烃受体（aryl hydrocarbon receptor, AhR）在维持肠道稳态中发挥重要的作用。然而，AhR在肠道微环境中对巨噬细胞功能的调控，及其在IBD过程中对肠道免疫稳态产生的影响目前尚不清楚。
2024年7月8日，复旦大学附属儿科医院/生物医学研究院周玉峰研究员课题组在Theranostics上发表了题为“Aryl hydrocarbon receptor confers protection against macrophage pyroptosis and intestinal inflammation through regulating polyamine biosynthesis”的研究论文。该研究揭示了AhR-ODC1-多胺代谢轴调节巨噬细胞焦亡功能及其在炎症性肠病中的作用和机制，明确了巨噬细胞AhR在炎症性肠病发生发展中的功能作用，为寻找炎症性肠病新的预警标志物和治疗靶标提供了理论依据。原文链接：https://doi.org/10.7150/thno.95749，我公司参与了该研究中多胺的定量检测工作，这是我公司自2024.04推出这一检测服务后的项目文章首发。
炎症性肠病（Inflammatory bowel diseases, IBD）是多种急慢性肠道炎症疾病的统称，主要包括克罗恩病和溃疡性结肠炎, 近年来已成为全球性健康问题，仍然缺乏特异和有效的治疗策略。目前观点认为IBD的发病是由基因、环境、免疫反应和肠道菌群等因素共同决定的，免疫细胞的失衡在其中扮演重要角色。巨噬细胞是固有免疫系统中的主要效应细胞，在IBD病理过程中，病原体一旦突破上皮屏障侵入肠黏膜，就可以被巨噬细胞表达的模式识别受体识别，进而诱导NLRP3炎症小体等通路激活，最终导致细胞膜破裂，产生细胞因子白介素1β（interleukin-1β, IL-1β）和IL-18，这种炎症性细胞死亡称为细胞焦亡。细胞焦亡诱导宿主细胞死亡，有利于机体抵御细菌、真菌和病毒感染。但是细胞发生焦亡的同时激发炎症反应，诱导适应性免疫调节失调，破坏肠上皮屏障，从而与炎症性肠病的发展密切相关。AhR是一种配体激活的转录因子，在维持肠道稳态中发挥重要的作用。然而，AhR在肠道微环境中对巨噬细胞功能的调控，及其在IBD过程中对肠道免疫稳态产生的影响目前尚不清楚。
实验设计
将年龄和性别匹配的AhR敲除（AhR-/-）小鼠和野生型（AhR+/+）小鼠同笼饲养，实验组给予2% DSS（溶于饮用水）诱导急性结肠炎（图1A），对照组仅给予饮用水，实验组表现出了典型的结肠炎症状，说明造模成功。在实验组中，AhR敲除小鼠与野生型相比，表现出更严重的结肠炎症状，包括更多的体重减轻、更高的疾病指数评分和更短的结肠长度（图1B-E）；组织病理学结果上，AhR敲除小鼠也发生更严重的透壁炎症、粘膜上皮破坏、广泛的溃疡病灶区和杯状细胞丢失（图1F-G）。
通过往AhR敲除和野生型小鼠的腹膜内注射LPS（20 mg/kg体重）来诱导败血症模型，用来确认AhR在体内急性炎症中的功能。发现注射36小时后，野生型小鼠存活率为70%，而所有的AhR敲除小鼠均死亡（图1H），并且敲除小鼠血浆中的IL-1β和IL-6浓度明显增加（图1I-J），说明炎症反应更剧烈。
图1 AhR缺乏加剧了结肠炎和脓毒症小鼠模型中的炎症
结果
研究团队发现AhR在DSS诱导的结肠炎和LPS诱导的脓毒症模型中均具有显著的保护作用，提示AhR在炎症调节中的重要作用。进一步对结肠炎小鼠肠道固有层免疫细胞进行单细胞测序发现单核-巨噬细胞群在AhR KO小鼠显著高于野生型对照小鼠，因此作者构建了巨噬细胞特异性AhR敲除小鼠。在DSS诱导的肠炎模型中发现，巨噬细胞中AhR的敲除显著加重了急性结肠炎的各项病理表征，上调了IL-1β、IL-6等炎症因子表达水平，结肠组织巨噬细胞焦亡加重。体外研究发现，AhR缺失促进巨噬细胞焦亡发生及炎症因子IL-1β分泌。
机制研究表明，AhR通过XRE序列结合在多胺代谢通路关键限速酶鸟氨酸脱羧酶（ornithine decarboxylase 1，Odc1）的启动子区域促进Odc1的转录，进而促进其下游代谢产物腐胺、亚精胺、精胺的生成。其中，精胺通过调节细胞内钾离子流动的方式进一步阻遏NLRP3炎症小体的组装，从而抑制巨噬细胞焦亡。此外，给予结肠炎小鼠AhR前配体吲哚-3-甲醇（indole-3-carbino, I3C）及精胺干预能够显著缓解结肠炎小鼠病理症状（图2）。
图2 AhR在IBD过程中的调控机制
多胺的检测
往骨髓源性巨噬细胞（BMDM）中加入甲醇水溶液，液氮冻融和冰浴超声破碎细胞膜，将提取后的上清液浓缩10倍后，依次加入NEM磷酸盐缓冲溶液和tBBT溶液，涡旋。再加入硼酸缓冲溶液和5-AIQC，涡旋，衍生反应。离心取上清，UPLC-MS/MS检测。
