客戶文章丨Theranostics多胺與炎癥性腸病
炎癥性腸病（Inflammatory bowel diseases, IBD）的發病過程中伴隨細胞焦亡，同時激發炎癥反應。芳香烴受體（aryl hydrocarbon receptor, AhR）在維持腸道穩態中發揮重要的作用。然而，AhR在腸道微環境中對巨噬細胞功能的調控，及其在IBD過程中對腸道免疫穩態產生的影響目前尚不清楚。
2024年7月8日，復旦大學附屬兒科醫院/生物醫學研究院周玉峰研究員課題組在Theranostics上發表了題為“Aryl hydrocarbon receptor confers protection against macrophage pyroptosis and intestinal inflammation through regulating polyamine biosynthesis”的研究論文。該研究揭示了AhR-ODC1-多胺代謝軸調節巨噬細胞焦亡功能及其在炎癥性腸病中的作用和機制，明確了巨噬細胞AhR在炎癥性腸病發生發展中的功能作用，為尋找炎癥性腸病新的預警標志物和治療靶標提供了理論依據。原文鏈接：https://doi.org/10.7150/thno.95749，我公司參與了該研究中多胺的定量檢測工作，這是我公司自2024.04推出這一檢測服務后的項目文章首發。
炎癥性腸病（Inflammatory bowel diseases, IBD）是多種急慢性腸道炎癥疾病的統稱，主要包括克羅恩病和潰瘍性結腸炎, 近年來已成為全球性健康問題，仍然缺乏特異和有效的治療策略。目前觀點認為IBD的發病是由基因、環境、免疫反應和腸道菌群等因素共同決定的，免疫細胞的失衡在其中扮演重要角色。巨噬細胞是固有免疫系統中的主要效應細胞，在IBD病理過程中，病原體一旦突破上皮屏障侵入腸黏膜，就可以被巨噬細胞表達的模式識別受體識別，進而誘導NLRP3炎癥小體等通路激活，最終導致細胞膜破裂，產生細胞因子白介素1β（interleukin-1β, IL-1β）和IL-18，這種炎癥性細胞死亡稱為細胞焦亡。細胞焦亡誘導宿主細胞死亡，有利于機體抵御細菌、真菌和病毒感染。但是細胞發生焦亡的同時激發炎癥反應，誘導適應性免疫調節失調，破壞腸上皮屏障，從而與炎癥性腸病的發展密切相關。AhR是一種配體激活的轉錄因子，在維持腸道穩態中發揮重要的作用。然而，AhR在腸道微環境中對巨噬細胞功能的調控，及其在IBD過程中對腸道免疫穩態產生的影響目前尚不清楚。
實驗設計
將年齡和性別匹配的AhR敲除（AhR-/-）小鼠和野生型（AhR+/+）小鼠同籠飼養，實驗組給予2% DSS（溶于飲用水）誘導急性結腸炎（圖1A），對照組僅給予飲用水，實驗組表現出了典型的結腸炎癥狀，說明造模成功。在實驗組中，AhR敲除小鼠與野生型相比，表現出更嚴重的結腸炎癥狀，包括更多的體重減輕、更高的疾病指數評分和更短的結腸長度（圖1B-E）；組織病理學結果上，AhR敲除小鼠也發生更嚴重的透壁炎癥、粘膜上皮破壞、廣泛的潰瘍病灶區和杯狀細胞丟失（圖1F-G）。
通過往AhR敲除和野生型小鼠的腹膜內注射LPS（20 mg/kg體重）來誘導敗血癥模型，用來確認AhR在體內急性炎癥中的功能。發現注射36小時后，野生型小鼠存活率為70%，而所有的AhR敲除小鼠均死亡（圖1H），并且敲除小鼠血漿中的IL-1β和IL-6濃度明顯增加（圖1I-J），說明炎癥反應更劇烈。
圖1 AhR缺乏加劇了結腸炎和膿毒癥小鼠模型中的炎癥
結果
研究團隊發現AhR在DSS誘導的結腸炎和LPS誘導的膿毒癥模型中均具有顯著的保護作用，提示AhR在炎癥調節中的重要作用。進一步對結腸炎小鼠腸道固有層免疫細胞進行單細胞測序發現單核-巨噬細胞群在AhR KO小鼠顯著高于野生型對照小鼠，因此作者構建了巨噬細胞特異性AhR敲除小鼠。在DSS誘導的腸炎模型中發現，巨噬細胞中AhR的敲除顯著加重了急性結腸炎的各項病理表征，上調了IL-1β、IL-6等炎癥因子表達水平，結腸組織巨噬細胞焦亡加重。體外研究發現，AhR缺失促進巨噬細胞焦亡發生及炎癥因子IL-1β分泌。
機制研究表明，AhR通過XRE序列結合在多胺代謝通路關鍵限速酶鳥氨酸脫羧酶（ornithine decarboxylase 1，Odc1）的啟動子區域促進Odc1的轉錄，進而促進其下游代謝產物腐胺、亞精胺、精胺的生成。其中，精胺通過調節細胞內鉀離子流動的方式進一步阻遏NLRP3炎癥小體的組裝，從而抑制巨噬細胞焦亡。此外，給予結腸炎小鼠AhR前配體吲哚-3-甲醇（indole-3-carbino, I3C）及精胺干預能夠顯著緩解結腸炎小鼠病理癥狀（圖2）。
圖2 AhR在IBD過程中的調控機制
多胺的檢測
往骨髓源性巨噬細胞（BMDM）中加入甲醇水溶液，液氮凍融和冰浴超聲破碎細胞膜，將提取后的上清液濃縮10倍后，依次加入NEM磷酸鹽緩沖溶液和tBBT溶液，渦旋。再加入硼酸緩沖溶液和5-AIQC，渦旋，衍生反應。離心取上清，UPLC-MS/MS檢測。
