nod2基因缺陷抑制肠道纤维化和炎症的有效恢复，导致克罗恩病
2021-05-02 17:17:39   来源：   作者：  评论：0 点击：

关键字： 克罗恩病 | 基因缺陷 | NOD2
NOD2基因突变是克罗恩病的危险因素。它们如何导致克罗恩病的许多方面尚不清楚。相关细胞群的发现提出了新的治疗方案。
克罗恩病是一种慢性炎症性肠病，影响许多人。例如，加拿大和德国超过0.3%的人口患有这种疾病，并且其发病率在世界范围内还在上升。我们需要更好的治疗方法，但是由于对克罗恩病是如何产生缺乏了解，治疗克罗恩病的进展一直受到阻碍。Nayar等人在Nature杂志上撰文，阐明了一个关于克罗恩病风险因素的长期谜团，他们的发现具有重要的临床意义。
克罗恩病可以影响肠道的任何部分。最常见的是，它影响回肠区域，引起炎症，经常导致纤维化(纤维结缔组织沉积作为损伤反应)。这导致回肠管腔狭窄，通常需要手术干预。克罗恩病提供了一种由基因和环境相互作用介导的疾病的有用模型。在这种情况下，遗传易感性支撑了对肠道微生物的致病炎症反应。
NOD2基因的遗传变异，称为多态性，是克罗恩病相关的最强烈的遗传风险;大约20%的患病风险与该基因的三种单核苷酸多态性有关。此外，NOD2突变是回肠狭窄发展和克罗恩病手术需要的强大预测因素，这是这种情况的遗传基础和该疾病的表现之间被广泛证实的联系。
然而，将NOD2基因与疾病易感性联系起来是一个悖论。NOD2是一种胞内受体，可识别分子胞壁二肽(MDP)——细菌细胞壁中普遍存在的成分。在NOD2被描述为克罗恩病的风险基因之前，NOD2的功能在免疫细胞中得到了最好的理解，它有助于免疫防御的固有分支。这些细胞中NOD2的激活导致了称为细胞因子的炎症分子的表达，而异常强烈的炎症反应可以介导克罗恩病的肠道损伤。因此，人们可能会认为，被称为功能缺失突变的NOD2突变不会产生功能完整的编码蛋白，可以预防克罗恩病。然而，这种NOD2功能缺失突变被确定为该疾病的危险因素。因此，随后的研究转向肠道内NOD2生物学的不同方面，研究功能性NOD2如何维持肠道内的稳态，在肠道内，机体最大的免疫活性细胞生物量不断暴露于肠道微生物的MDP，以及NOD2突变如何扰乱这种平衡并导致疾病。
在本研究之前，NOD2突变在回肠纤维化发生中的作用尚不清楚。作者试图了解是什么导致了克罗恩病的炎症和纤维化，并通过使用人类细胞、人类肠道组织和斑马鱼模型进行研究，将这些生物学上的见解与NOD2联系起来。
首先，作者使用了从克罗恩病患者的手术中取出的回肠炎症组织中提取的RNA的单细胞测序。这些细胞显示了与活化的巨噬细胞和成纤维细胞相关的基因表达特征。作者还确定了一个关键的细胞类型，表达标记的髓系和成纤维细胞谱系。这些发现表明，在疾病过程中，回肠的炎性巨噬细胞群分化为激活的成纤维细胞。
引人注目的是，作者在肠道炎症实验模型中—用分子葡聚糖硫酸钠(DSS)治疗斑马鱼—证明了这些细胞群的进化保护。这种分子长期以来一直被用于诱发标准啮齿动物模型的肠道损伤和炎症。人类炎症性肠病的体内模型一直以小鼠模型为主。然而，正如Nayar及其同事所证明的那样，斑马鱼为相对高通量的调查和快速评估与人类疾病的相关性提供了一种有用的替代方法。事实上，斑马鱼和哺乳动物的肠道有相似的形态。此外，和人类一样，斑马鱼有先天的适应性免疫防御反应分支，斑马鱼的肠道炎症也依赖于肠道微生物群落。
基因编辑工具，如CRISPR，有助于快速修改斑马鱼感兴趣的基因。作者研究了改造成NOD2缺陷的斑马鱼的肠道炎症。与淋巴结正常的斑马鱼相比，用DSS治疗的这些鱼肠道内白细胞免疫细胞数量增加，这是炎症的一个标志。但是斑马鱼模型只有在与人类建立关联时才有意义。因此，利用新近诊断为克罗恩病的儿童的数据，作者表明，NOD2突变副本数量的增加(与克罗恩病的风险相关)确实与回肠组织中激活的巨噬细胞和成纤维细胞基因表达特征相关。
为了了解NOD2在体外可分化的人类细胞中的功能，作者使用健康志愿者的外周血单核细胞，并确定这些细胞是否有一个、两个或没有NOD2突变副本与克罗恩病的易感性相关。在体外分别用MDP和不用MDP进行细胞分化。作者观察到，与NOD2野生型细胞相比，NOD2有两个副本突变的细胞中活化成纤维细胞的数量更高。此外，NOD2突变数量的增加与纤维母细胞数量的相应富集有关，纤维母细胞具有活化细胞的基因表达特征。有趣的是，与拥有野生型nod2的斑马鱼相比，给予MDP的斑马鱼具有激活成纤维细胞的基因表达特征，甚至在DSS介导的损伤恢复过程中仍持续存在。这些数据表明nod2缺陷抑制了纤维化和炎症的有效恢复。
为了进一步阐明与NOD2风险突变相关的纤维化相关基因表达特征的分子基础，作者寻找这一通路的上游转录调控因子。他们发现编码STAT3的基因在活化的成纤维细胞和巨噬细胞中显著上调。STAT3是炎症性肠病中炎症和纤维化反应的关键成分的转录调控因子，通过细胞因子受体gp130发挥作用。临床数据分析显示，编码IL-6、抑癌素M和IL-11蛋白的gp130调控基因表达上调，这些基因在针对肿瘤坏死因子(TNF)蛋白(抗TNF抗体是克罗恩病的常用治疗方法)治疗无效的克罗恩病患者中表达上调。这一发现支持了gp130在这组治疗耐药性个体中信号传递的作用。作者推测，阻断gp130可能减轻NOD2突变的异常。他们通过使用一种gp130抑制剂bazedoxifene，在经过mdp处理的NOD2突变的人类细胞上测试了这一想法。Bazedoxifene确实减少了纤维相关的基因表达特征，逆转了细胞形状的改变，这是激活的成纤维细胞的特征。该药物还减少了用DSS治疗的NOD2突变斑马鱼的肠道损伤。
从克罗恩病纤维化的临床特征开始，这项工作描述了与该疾病相关的NOD2突变相关的分子通路，并以解决紧迫的纤维化和抗TNF耐药的临床问题的潜在治疗洞察力为结论。通过支持这种细胞和分子途径的遗传学和临床结果，该研究为理解目前和未来的治疗方法提供了一个路线图。
还有许多有趣的调查途径。NOD2是唯一描述的MDP的识别途径，而本文研究了斑马鱼在没有NOD2的情况下，MDP诱导的细胞和分子变化。这意味着MDP信号通路尚未被描述。
Bazedoxifene最初被认为是雌激素受体的选择性抑制剂，这引起了人们的担忧，即该药物如果用于治疗克罗恩病，可能会对其他信号通路产生不良影响。gp130受体有多个配体结合伙伴，影响广泛的免疫反应。因此，与全局抑制gp130信号通路或靶向其他临床相关信号通路相比，了解调控nod2介导的分子事件的特定gp130配体可以导致更有选择性、更有效和更安全的治疗干预。例如Janus激酶酶(克罗恩病的临床晚期发展的抑制剂)。
不是每个克罗恩病患者都有与疾病风险相关的NOD2突变。的确，在某些种族的个体中，如华人、马来人或印度人，回肠疾病是克罗恩病的一个显著临床特征，但在这一人群中NOD2与疾病风险无关。也许活化的巨噬细胞和成纤维细胞的分子特征是回肠克罗恩病患者的相关统一特征。不同的遗传环境可能导致相同的临床和分子结果。
因此，Nayar和他的同事们的研究结果将克罗恩病的分子分类向前推进了一步，这可能会澄清一种复杂的疾病，它有大约200个与疾病风险相关的基因区域，以及多种临床表现。
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