2019年3月19日，國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Gastroenterology在線發(fā)表了中國(guó)科學(xué)院上海營(yíng)養(yǎng)與健康研究所郭非凡研究組和同濟(jì)大學(xué)附屬第十人民醫(yī)院劉占舉教授研究組的最新合作研究成果“ATF4 Deficiency Promotes Intestinal Inflammation in Mice by Reducing Uptake of Glutamine and Expression of Antimicrobial Peptides”。該研究發(fā)現(xiàn)激活轉(zhuǎn)錄因子4（activating transcription factor 4, ATF4）通過(guò)結(jié)合啟動(dòng)子上氨基酸應(yīng)答元件（AARE）直接轉(zhuǎn)錄激活谷氨酰胺（Gln）轉(zhuǎn)運(yùn)體基因SLC1A5表達(dá)，進(jìn)而調(diào)控腸道上皮細(xì)胞中Gln水平，從而維持潘氏細(xì)胞分泌抗微生物肽的功能，揭示了氨基酸感應(yīng)蛋白ATF4在維持腸道潘氏細(xì)胞分泌和調(diào)控腸道炎癥的新功能。
炎癥性腸?。╥nflammatory bowel disease, IBD），包括克勞恩疾?。–rohn's disease, CD）和潰瘍性結(jié)腸炎（ulcerative colitis, UC），是世界范圍內(nèi)發(fā)病率最高的胃腸道疾病之一。目前大量研究發(fā)現(xiàn)，炎癥應(yīng)答、氧化應(yīng)激、固有和適應(yīng)性免疫、微生物防御和自噬等生物學(xué)和生理學(xué)過(guò)程均是IBD的發(fā)病的重要因素，迄今也鑒定了約200多個(gè)IBD易感基因，但其發(fā)病的具體機(jī)制仍不清楚。潘氏細(xì)胞（Paneth cell）是一類(lèi)特殊的、定位在小腸隱窩基底部的一類(lèi)功能性細(xì)胞，它能夠通過(guò)分泌抗微生物肽，如a-防御素，參與機(jī)體的固有免疫，其功能失調(diào)是誘發(fā)IBD的重要因素之一。有研究報(bào)道，氨基酸水平與潘氏細(xì)胞分泌抗微生物肽密切相關(guān)，而一些與氨基酸穩(wěn)態(tài)相關(guān)基因表達(dá)異?？赡軙?huì)提高IBD發(fā)病的易感性。郭非凡研究組長(zhǎng)期從事氨基酸感應(yīng)機(jī)制研究，前期發(fā)現(xiàn)氨基酸感應(yīng)蛋白ATF4參與了中樞和肝臟調(diào)控糖脂代謝的重要功能，但其在IBD中的作用還不清楚。
在郭非凡研究員、劉占舉教授共同指導(dǎo)下，中國(guó)科學(xué)院上海營(yíng)養(yǎng)與健康研究所郭非凡研究組助理研究員胡小明等近日發(fā)現(xiàn)氨基酸感應(yīng)蛋白ATF4在IBD發(fā)病過(guò)程中具有重要調(diào)控作用。在這項(xiàng)研究中，首先采集了IBD活動(dòng)期病人（21例CD、22例UC）和健康人（31例）腸道粘膜組織樣本，分別利用qRT-PCR、Western blot和IHC等方法檢測(cè)發(fā)現(xiàn)ATF4表達(dá)在IBD病人腸粘膜中顯著下調(diào)；同時(shí)也發(fā)現(xiàn)DSS誘發(fā)的實(shí)驗(yàn)性小鼠結(jié)腸炎腸上皮細(xì)胞中ATF4表達(dá)也顯著下降，說(shuō)明腸上皮細(xì)胞（intestinal epithelial cell, IEC）ATF4表達(dá)與IBD發(fā)病密切相關(guān)。進(jìn)一步，構(gòu)建了IEC特異敲除Atf4小鼠，發(fā)現(xiàn)該小鼠具有自發(fā)性的小腸結(jié)腸炎和DSS誘導(dǎo)結(jié)腸炎的易感性。進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)IEC敲除Atf4顯著降低了腸道Gln水平和潘氏細(xì)胞抗微生物肽表達(dá)，而且造成腸道菌群紊亂。分別對(duì)Atf4腸道敲除小鼠補(bǔ)充重組抗微生物肽蛋白DEFA1和氨基酸Gln，則顯著改善了小鼠腸炎發(fā)生。體內(nèi)和體外研究均表明ATF4可以調(diào)控Gln轉(zhuǎn)運(yùn)體蛋白SLC1A5的表達(dá)，且通過(guò)啟動(dòng)子活性試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)ATF4可以直接結(jié)合到SLC1A5啟動(dòng)子上的氨基酸應(yīng)答元件激活轉(zhuǎn)錄。細(xì)胞水平研究發(fā)現(xiàn)，過(guò)表達(dá)SLC1A5顯著提高了腸細(xì)胞內(nèi)Gln水平和抗微生物肽表達(dá)，同時(shí)抑制了敲低Atf4導(dǎo)致的炎癥因子表達(dá)。最后人群樣本驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，SLC1A5在活動(dòng)期IBD病人腸粘膜中表達(dá)顯著下調(diào)，且與ATF4表達(dá)呈正相關(guān)。這些結(jié)果揭示了ATF4通過(guò)直接調(diào)控SLC1A5的表達(dá)，從而影響腸細(xì)胞Gln水平和抗微生物肽的表達(dá)，進(jìn)而調(diào)控IBD的新機(jī)制。ATF4可能成為治療IBD的一個(gè)新的潛在靶點(diǎn)。
該研究得到了中國(guó)科學(xué)院上海營(yíng)養(yǎng)與健康研究所陳雁研究員、翟琦巍研究員和應(yīng)浩研究員的支持和幫助。該項(xiàng)目得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委、上海市科委、中科院交叉創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)、中科院青年促進(jìn)會(huì)等的經(jīng)費(fèi)支持。
助理研究員胡小明為論文第一作者，中國(guó)科學(xué)院上海營(yíng)養(yǎng)與健康研究所郭非凡研究員和同濟(jì)大學(xué)附屬第十人民醫(yī)院劉占舉教授為共同通訊作者。
原文鏈接：https://doi.org/10.1053/j.gastro.2018.11.033
圖：ATF4通過(guò)SLC1A5調(diào)控潘氏細(xì)胞抗微生物肽表達(dá)和腸道炎癥的作用與機(jī)制
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