Adv Sci: 武汉大学中南医院等揭示双氢青蒿素调节肠胶质细胞异质性以缓解结肠炎

肠神经系统（ENS）是一种“类脑”神经网络，集成了多个神经元和神经胶质细胞，以局部控制重要的胃肠道活动。肠神经胶质细胞（EGC）是在胃肠道中发挥稳态功能的丰富外周神经胶质细胞，其功能丧失或增强可导致ENS稳态和胃肠道病理生理学改变。此外，EGCs是肠道微生物群的主要靶标，微生物及其代谢物在EGC发育和成熟中的调节作用。

青蒿素是一种倍半萜内酯过氧化物，其活性代谢物双氢青蒿素（DHA）被广泛用于疟疾治疗。最近的研究还揭示了其多种特性，包括抗病毒、抗真菌、抗癌和抗炎活性，以及缓解神经炎症性疾病。虽然DHA对中枢神经系统（CNS）的影响已被广泛研究，但其对ENS的影响仍然知之甚少。

2024年7月11日，武汉大学中南医院消化内科赵秋团队在Adv Sci（IF=14.3）发表题为“Dihydroartemisinin Modulates Enteric Glial Cell Heterogeneity to Alleviate Colitis”的研究文章，发现慢性结肠炎中GFAP/S100β EGC的增加与肠上皮屏障（IEB）和肠道血管屏障（GVB）的破坏之间存在很强的相关性。双氢青蒿素（DHA）在恢复双肠道屏障功能的同时，在减轻肠道炎症方面显示出功效。从机制上讲，DHA抑制GFAP EGCs向GFAP/S100β EGCs的转化，同时促进GFAP/S100β EGCs分化回GFAP EGCs。此外，DHA通过诱导G0/G1期的细胞周期停滞来诱导GFAP/S100β EGCs的凋亡，DHA对EGC异质性的调节作用是通过调节肠道微生物群稳态来实现的。

1、结肠炎的双肠屏障（肠上皮屏障和肠道血管屏障）损伤

为了研究结肠炎发炎结肠组织中肠道屏障损伤的程度，作者从DSS诱导的慢性结肠炎的小鼠身上获得结肠组织，检测组织中屏障蛋白的表达并通过组织学检查病理损伤。结果显示患有慢性结肠炎的小鼠在 IEB（关键紧密连接蛋白ZO-1和Occludin下调）和GVB（粘附连接蛋白β-catenin下调，血管内皮细胞通透性标志物PV1上调）中表现均出损伤，电镜显示DSS诱导的结肠炎组织中杯状细胞显著耗竭，同时结肠炎组绒毛尖端的内皮细胞开窗增加。一致地，在结肠炎小鼠和UC患者的结肠组织的粘膜、粘膜下层和固有层中观察到血管生成增加，并伴有PV1表达的显著上调。结果表明慢性结肠炎小鼠发炎的结肠组织中存在双重肠道屏障损伤，包括 IEB 和 GVB。

图1 结肠炎的双肠屏障（肠上皮屏障和肠道血管屏障）损伤

2、发炎结肠组织中GFAP/S100βEGCs的丰度增加

EGC在解剖学上位于IEB/GVB内，鉴于EGC的关键解剖位置，参与GVB的形成及其与IEB的关联，作者进一步评估了EGC在 DSS 诱导的结肠炎小鼠发炎结肠全层切片中的表达。结果显示，S100β细胞占GFAP细胞的绝大多数，代表了EGCs主要亚型。结肠炎小鼠和活动性UC患者的发炎活检组织中的GFAP/S100β EGC主要位于粘膜和粘膜下层（即受炎症影响的区域）。流式细胞术显示GFAP/S100β EGCs在DSS诱导的结肠炎小鼠的粘膜下层表现出显著的上调。进一步的健康对照和UC患者结肠间充质细胞群的单细胞RNA测序结果同样显示在发炎的结肠中GFAP/S100β EGC 显著增加。

图2 发炎结肠组织中GFAP/S100β EGCs的丰度增加

3、DHA在结肠炎中的保护作用—恢复双肠道屏障功能

为了探索DHA在慢性结肠炎中的抗炎作用，作者对DSS处理的小鼠进行DHA治疗，发现DHA处理组的小鼠表现出炎症细胞因子的表达显著降低，结肠长度缩短得到改善，组织学检查显示DHA治疗组的小鼠表现出更小的结肠炎症区域，改善的组织水肿和较少的隐窝结构破坏，免疫细胞浸润可收缩，结肠组织学评分较低。

进一步作者研究了DHA是否可以改善DSS诱导的结肠炎中的双重肠道屏障功能，发现DHA给药显著恢复了DSS诱导的与IEB完整性相关的标志物的下调，如TJ蛋白（ZO-1和Occludin）。与GVB相关的AJ蛋白β-连环蛋白升高，而GVB通透性相关分子PV1的表达在DHA给药后降低。电镜和病理染色和肠道通透性测定等实验一致表明DHA在介导结肠炎双重肠道屏障保护方面的广泛作用。

发炎结肠组织中GFAP / S100β EGCs比例异常增加的发生与双肠屏障损伤的存在呈正相关，更重要的是，两者在DHA治疗后都得到显著改善。这些结果表明，DHA给药不仅恢复了IEB的完整性，而且修复了GVB。

图3 DHA在结肠炎中的保护作用—恢复双肠道屏障功能

4、DHA调节EGC异质性

DHA处理组的GFAP细胞数量增加更为明显，而DHA处理对S100β细胞的丰度没有显著影响，特别是DHA治疗显著抑制了DSS诱导的结肠炎中GFAP / S100β细胞的含量，于是作者推测DHA不仅抑制GFAP EGCs分化为GFAP/S100β EGCs，而且还促进GFAP/S100β EGCs向GFAP EGCs的转化，并通过流式细胞和Western blot得到验证。

图4 DHA调节EGC异质性

5、DHA诱导的炎症状态下GFAP/S100βEGCs的细胞周期停滞和凋亡

为了研究DHA对肠道炎症影响的分子机制，作者对TNF预孵育后用和不用DHA处理的EGC进行了RNA测序，发现DHA处理主要影响炎性EGCs的细胞分裂和增殖，DHA处理对TNF预孵育的EGCs的细胞周期影响最大。接着作者通过细胞实验检测EGC的细胞周期变化验证了DHA对炎症EGCs的影响涉及增殖抑制。通过流式细胞术分析发现DHA处理显著增加了EGCs的晚期凋亡率，WB显示DHA处理上调了发炎EGC中细胞凋亡相关蛋白的表达。接着体内实验同样证明DHA诱导EGCs的细胞周期停滞和凋亡，特别是在GFAP / S100β EGCs中。

图5 DHA诱导的炎症状态下GFAP/S100β EGCs的细胞周期停滞和凋亡

6、DHA通过调节DSS诱导的结肠炎肠道菌群失调调节EGC异质性

既往研究表明肠道微生物群深刻影响肠道内EGC的丰度。为了研究DHA处理是否会改变结肠炎小鼠的肠道微生物群，从而影响EGC的异质性，作者评估了小鼠粪便中的肠道微生物群多样性。16S测序发现，在DHA处理后，微生物群落的丰富度和多样性均显著增加，且拟杆菌多样性的改变对于DHA缓解DSS诱导的结肠炎至关重要。进一步研究DHA对微生物产物介导的EGC异质性的调控机制，发现LPS 预处理的 EGC 显著激活，TLR4介导EGC稳态并且是微生物及其产物与EGCs相互作用的关键受体，在 LPS 预处理的EGC中也显著上调。值得注意的是，DHA处理显着逆转了上述情况，进一步表明DHA在炎症条件下对EGC异质性的调节是通过调节微生物产物来实现的。

图6 DHA通过调节DSS诱导的结肠炎肠道菌群失调调节EGC异质性

总结

尽管慢性肠炎的病理生理学与EGCs的表型可塑性之间存在显著相关性，潜在的过程仍然大多是未知的。在这项研究中，作者阐明了肠炎期间微生物群多样性变化诱导的EGC表型改变在调节双肠道屏障完整性和肠道炎症严重程度方面的关键作用，证实DHA通过重塑结肠炎中的肠道微生物群稳态来调节EGCs的异质性，从而缓解结肠炎的进展。具体而言，DHA诱导GFAP/S100β EGCs转化为GFAP EGCs，阻止GFAP EGCs转化为GFAP/S100β EGCs，同时促进GFAP/S100β EGCs的凋亡（图7）。

图7 DHA通过重塑结肠炎中的肠道微生物群稳态来调节EGCs的异质性

图注：DHA通过促进微生物群稳态来调节EGC表型变化，从而在结肠炎中发挥保护作用。在慢性结肠炎中，微生物产物或代谢物以及炎症刺激可导致肠上皮屏障（IEB）和肠道血管屏障（GVB）同时受损，并伴有发炎的肠道微环境中 GFAP/S100β肠神经胶质细胞（EGC）的增加。双氢青蒿素（DHA）治疗主要通过几种机制有效缓解结肠炎并促进肠道屏障功能的恢复：DHA诱导GFAP/S100β EGCs向GFAP EGCs的表型转换或诱导GFAP/S100β EGCs凋亡，同时抑制GFAP EGCs向GFAP/S100β EGCs的转化。DHA对EGC异质性的调控作用是通过微生物产物或代谢物/TLR4/NF-κB/iNOS信号转导轴介导的，并伴有c-Fos的激活。这些发现强调了DHA在改善生态失调、调节EGC异质性和保持肠道屏障完整性方面改善结肠炎的多方面治疗潜力，从而为炎症性肠病的新治疗策略提供了有希望的途径。

参考文献

Qiu P, Chang Y, Chen X, Wang S, Nie H, Hong Y, Zhang M, Wang H, Xiao C, Chen Y, Liu L, Zhao Q. Dihydroartemisinin Modulates Enteric Glial Cell Heterogeneity to Alleviate Colitis. Adv Sci (Weinh). 2024 Jul 11:e2403461. doi: 10.1002/advs.202403461. Epub ahead of print. PMID: 38992955.

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