2019年3月19日，國際學術(shù)期刊Gastroenterology在線發(fā)表了中國科學院上海營養(yǎng)與健康研究所郭非凡研究組和同濟大學附屬第十人民醫(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）通過結(jié)合啟動子上氨基酸應(yīng)答元件（AARE）直接轉(zhuǎn)錄激活谷氨酰胺（Gln）轉(zhuǎn)運體基因SLC1A5表達，進而調(diào)控腸道上皮細胞中Gln水平，從而維持潘氏細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），包括克勞恩疾病（Crohn'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和生理學過程均是IBD的發(fā)病的重要因素，迄今也鑒定了約200多個IBD易感基因，但其發(fā)病的具體機制仍不清楚。潘氏細胞（Paneth cell）是一類特殊的、定位在小腸隱窩基底部的一類功能性細胞，它能夠通過分泌抗微生物肽，如a-防御素，參與機體的固有免疫，其功能失調(diào)是誘發(fā)IBD的重要因素之一。有研究報道，氨基酸水平與潘氏細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)基因表達異?？赡軙岣逫BD發(fā)病的易感性。郭非凡研究組長期從事氨基酸感應(yīng)機制研究，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，中國科學院上海營養(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)病過程中具有重要調(diào)控作用。在這項研究中，首先采集了IBD活動期病人（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等方法檢測發(fā)現(xiàn)ATF4表達在IBD病人腸粘膜中顯著下調(diào)；同時也發(fā)現(xiàn)DSS誘發(fā)的實驗性小鼠結(jié)腸炎腸上皮細胞中ATF4表達也顯著下降，說明腸上皮細胞（intestinal epithelial cell, IEC）ATF4表達與IBD發(fā)病密切相關(guān)。進一步，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。進一步發(fā)現(xiàn)IEC敲除Atf4顯著降低了腸道Gln水平和潘氏細胞抗微生物肽表達，而且造成腸道菌群紊亂。分別對Atf4腸道敲除小鼠補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)運體蛋白SLC1A5的表達，且通過啟動子活性試驗發(fā)現(xiàn)ATF4可以直接結(jié)合到SLC1A5啟動子上的氨基酸應(yīng)答元件激活轉(zhuǎn)錄。細胞水平研究發(fā)現(xiàn)，過表達SLC1A5顯著提高了腸細胞內(nèi)Gln水平和抗微生物肽表達，同時抑制了敲低Atf4導(dǎo)致的炎癥因子表達。最后人群樣本驗證發(fā)現(xiàn)，SLC1A5在活動期IBD病人腸粘膜中表達顯著下調(diào)，且與ATF4表達呈正相關(guān)。這些結(jié)果揭示了ATF4通過直接調(diào)控SLC1A5的表達，從而影響腸細胞Gln水平和抗微生物肽的表達，進而調(diào)控IBD的新機制。ATF4可能成為治療IBD的一個新的潛在靶點。
該研究得到了中國科學院上海營養(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。該項目得到了國家自然科學基金委、上海市科委、中科院交叉創(chuàng)新團隊、中科院青年促進會等的經(jīng)費支持。
助理研究員胡小明為論文第一作者，中國科學院上海營養(yǎng)與健康研究所郭非凡研究員和同濟大學附屬第十人民醫(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SLC1A5調(diào)控潘氏細胞抗微生物肽表達和腸道炎癥的作用與機制
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