Nature Communications: 组织内源性IL-33/EGF通路促进肠损伤后上皮再生

导读

肠干细胞(ISCs)维持肠道上皮细胞的内层，但对ISCs及其受损后的生态位的调控机制尚不清楚。利用放射性损伤作为肠道病理模型，我们报道了作为肠道损伤生物标志物的免疫调节通路IL-33/ST2轴通过诱导表皮生长因子(EGF)的产生来调节固有的上皮再生。三维成像和干细胞室内谱系特异性RiboTag诱导表明，ISCs在辐射损伤时表达IL-33。邻近的Paneth细胞对IL-33的反应是通过增加EGF的产生，从而促进ISC的恢复和上皮的再生。这些发现揭示了一种未知的生态位调节和隐窝再生的途径，即生态位在受伤时动态反应，干细胞通过调节它们的生态位来协调再生。这种再生回路还突出了IL-33活性超出免疫调节的广度，以及EGF用于治疗肠道损伤的治疗潜力。

论文ID

题目：A tissue-intrinsic IL-33/EGF circuit promotes epithelial regeneration after intestinal injury译名：组织内源性IL-33/EGF通路促进肠损伤后上皮再生

期刊：Nature Communications                                    

IF：16.6

发表时间：2023.9.5

通讯作者单位:纪念斯隆·凯特琳癌症中心

DOI号：https://doi.org/10.1038/s41467-023-40993-5

主要内容

胃肠道粘膜上皮由单层细胞组成，其功能包括吸收营养物质和容纳肠道微生物。然而，小肠(SI)上皮的有丝分裂细胞对电离辐射的损伤非常敏感。白介素33(IL-33)是一种在组织损伤时释放的警报蛋白，它能诱导表达其受体的靶细胞分化和产生细胞因子，它是膜结合的ST2和IL-1R3的异源二聚体。这种求救信号通常被认为是针对T细胞和先天淋巴样细胞(ILCs)等淋巴细胞。

除了IL-33的释放，肠道组织损伤还与可溶性ST2(Sst2)水平升高有关，Sst2可以通过中和IL-33起到负调节作用。在临床上，Sst2水平已被用作几种病理情况下的预测生物标记物，如移植物抗宿主病和炎症性肠病。虽然许多工作都集中在IL-33和ST25的免疫调节功能上，但它们在组织中的内在作用仍然知之甚少。因此，我们对IL-33在胃肠道内稳态、辐射损伤和再生方面的生物学进行了评估。在此，我们报道了IL-33/ST2轴介导了ISCs和Paneth细胞之间的串扰，从而促进了损伤后的上皮再生。

为了评估照射对IL33/ST2轴的影响，C57BL/6(B6)小鼠接受了单次10Gy全身照射(TBI)，该照射可引起实质性但可逆性的肠道损伤。SI中IL-33水平在照射后不久升高，在大约72小时达到峰值，然后在5天后下降到接近治疗前的水平。定量(Q)聚合酶链式反应检测到的IL-33mRNA表达也有类似的动力学变化。肠道菌群的非生物变化可能导致辐射后细胞因子的产生和炎症，因此小鼠被恩诺沙星和氨苄菌素14预处理一周，以测试宿主-微生物区系的相互作用是否可能有助于辐射后观察到的IL-33水平。然而，这种抗生素治疗并不排除颅脑损伤后IL-33的检测。接下来，我们研究了辐射后肠道IL33与其受体的关系。分泌型受体亚型Sst2和膜结合mST2的水平通过定量聚合酶链式反应检测，因为蛋白质检测分析不能区分组织内的这两种异构体。在颅脑损伤后的五天内，从野生型(WT)小鼠分离的SI隐窝显示跨膜受体mST2的基因表达没有变化。相反，与IL-33的测量结果类似，Sst2的mRNA水平在照射后不久增加。然而，在IL-33基因敲除(KO)小鼠的隐窝中未发现这种辐射诱导的Sst2表达增加，这表明辐射损伤后可能会产生Sst2对IL-33的反应。

IL-33缺乏增加肠道放射性损伤的严重程度并损害上皮细胞再生

为了研究辐射损伤后胃肠道IL-33的来源，用整体共聚焦显微镜观察了IL-33-GFP报告基因小鼠17的肠道功能。在照射前，三维投影显示回肠粘膜内有IL-33-GFP的表达。这一基线信号仅限于固有层，未照射的隐窝上皮内没有阳性细胞。脑损伤后，回肠IL-33-GFP表达增加，隐窝内可识别出GFP+细胞。系列分析表明，照射后24 h内可鉴定出IL33-GFP+隐窝，照射后48 h大多数隐窝为GFP+，72 h后每个隐窝内阳性细胞的比例增加。在评估肠道IL-33表达细胞的表型时，GFP信号在照射前或照射后未与CD45共存，表明造血细胞不太可能是肠道IL-33的主要来源。在固有层内，GFP+细胞也不表达内皮标记CD31，但大多数细胞共表达波形蛋白，这表明基质细胞，如成纤维细胞15，可能是IL-33在体内稳态的主要表达细胞。

肠道干细胞对辐射损伤的反应是产生IL-33

进一步研究IL-33对上皮细胞功能的影响，发现IL-33缺乏增加了有机物对EGF的敏感性，并将其从培养上清液中去除。比较未辐照的WT和IL-33KO分离的KO SI类有机物的生长情况，在不含EGF的NR培养基中培养5d，KO类有机物的大小显著减小。在NR培养液中培养后的这种生长障碍，即使在没有照射的情况下，也表明IL-33缺乏的有机体对外源EGF的依赖增加。事实上，培养液中缺乏EGF对IL-33缺乏的上皮细胞尤其不利，因为与WT相比，在没有EGF的NR中培养后传代后产生的IL-33 KO有机物更少、更小，从而说明补充EGF在IL-33缺乏的发病机制中的重要性。

为了更好地了解IL-33缺乏的上皮细胞在NR培养液中的生长受阻情况，我们检测了它们产生EGF的情况。Paneth细胞是ISC隔室EGF的已知来源，它们是小鼠SI类器官的正常成分，因此我们比较了WT和IL-33KO类器官培养中EGF的表达。在含有EGF的ENR培养液中，有机化合物的EGF表达无明显差异。然而，在缺乏EGF的NR培养液中培养的WT类有机物中很容易检测到EGF，而在IL-33KO类有机物中的表达仍然很低，这与它们对外源EGF的依赖增加一致。

IL-33调节EGF的产生

总结

综上所述，IL-33协调了肠道辐射损伤后的上皮再生，限制了隐窝的丢失，促进了干细胞室的恢复。ISCs在照射后表达IL-33，相邻的Paneth细胞通过上调EGF的表达来应答。考虑到它们非常接近，ISCs处于最佳位置，将它们的IL-33信号传递给邻近的Paneth细胞。因此，ISCs在损伤后对其生态位做出了贡献，并促进了其支持隐窝再生的功能。IL-33不是简单地作为免疫系统的警报信号，而是促进了ISCs和它们的上皮壁龛之间的动态相互作用，并在辐射损伤后协调了一个受控的再生过程。这种严格调控的上皮细胞串扰的紊乱可能有助于临床肠道病理和生长改变的疾病背景，识别IL-33/EGF再生轴为抑制失调的增殖或促进损伤后肠道恢复的治疗干预提供了潜在的靶点。

原文链接

https://doi.org/10.1038/s41467-023-40993-5

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