Nature•创建新模型——丙酰胺促进肠道炎症
炎症性肠病（IBD）是一种复杂的胃肠道慢性炎症性疾病。目前，全基因组关联研究已经确定了IBD的风险位点。引人注意的是，工业化国家IBD发病率的增加以及移徙到疾病发病率较高地区的移徙者患病风险的增加提示，环境因素也是IBD易感性和严重程度的重要决定因素。然而，由于缺乏系统研究的平台，对IBD相关环境因素及其影响疾病的机制的识别受到了阻碍。
本文中，作者描述了一种综合系统的方法，结合公开可用的数据库、斑马鱼化学筛选、机器学习和小鼠临床前模型来识别控制肠道炎症的环境因素。这种方法发现除草剂丙酰胺增加了小肠和大肠的炎症。此外，还发现AHR-NF-κB-C/EBPβ信号轴在T细胞和树突状细胞中起作用，促进肠道炎症，并且是丙酰胺的靶点。总之，作者开发了一种鉴别IBD和其他炎症性疾病的环境因素和发病机制的方法。本研究于2022年十月发表在顶级期刊《Nature》IF：69.504。
技术路线：
主要实验结果如下：
1、建立模型并筛选IBD影响因素
首先在斑马鱼(7d.p.f)中诱导IBD模型，并在72 h后对其进行病理评分，评估FICZ和iNOS对AHR激活的影响。并发现TNBS暴露伴随促炎基因il17a/f、tnfa、ifng、il1b和nos2a的表达增加，而FICZ和iNOS处理改善肠道炎症（图1a-1d）。
随后以图1e的流程进行处理以筛选增强肠道炎症的候选药物。一IBD生物活性特征，建立一个RF模型，在ToxCast数据库中识别预计会恶化肠道炎症的化学物质，并使用RWR算法对它们进行排序，列出前20个化学物并对它们进行验证（图1f）。结果发现丙酰胺（Propanamide）处理浓度和IBD炎症和肠道得分正相关（图1g, h）。于是选择它进行下一步研究，发现促炎基因的表达也随着丙酰胺的浓度增加而增加（图1i）。这些表明丙酰胺是增加斑马鱼肠道炎症的物质。
图1识别促进肠道炎症的环境化学物质
2、在小鼠中验证丙酰胺对IBD的影响
结果发现，在TNBS的作用想，丙酰胺暴露导致小鼠体重下降，肠长度变短，病理改变增强，炎症因子的水平和促炎基因的表达升高等（图2a-e）。提示丙酰胺促进小鼠肠道炎症。通路分析发现与白细胞外渗、整合素信号和NF-κB激活相关的通路在TNBS+丙酰胺小鼠中上调。经分析后作者将NF-κB-驱动的C/EBPβ作为丙酰胺的候选作用机制位点。qPCR证实丙酰胺可改变Rela （编码NF-κB的p65 亚基）和Cebpb的表达（图2h）。随后进行单细胞测序进一步挖掘丙酰胺作用机制，发现T细胞和树突状细胞（DC）在TNBS+丙酰胺小鼠中上调，并伴随着NF-κB驱动的C/EBPβ促炎基因表达的上调和AHR信号的降低（图2i-n）。最后，我利用抗CD3单克隆抗体诱导的T细胞驱动性肠炎模型，研究丙酰胺是否也促进小肠炎症，事实证明，丙酰胺对小肠炎症也有促进作用（图2o-q）。
图2丙酰胺鉴定肠道炎症的调节因子
3、体外验证丙酰胺对IBD的影响
接下来，作者通过常规的分子实验证实丙酰胺在肠炎中的促进作用依赖于AHR信号通路（图3）。
图3 丙酰胺抑制AHR信号通路
前文提到，丙酰胺可作用于C/EBPβ通路并调控DC细胞。因此，作者最后探究了丙酰胺在C/EBPβ介导DC功能中的作用。如图4a和b所示，C/EBPβ与Il1b、Il23和Tnf的启动子结合，这些启动子在DC中被丙酰胺激活。特异性敲低DC中的C/EBPβ导致小鼠的体重在肠炎诱导后的增加，肠的长度变长，病理得分下降（图4c-e）。随后单独分析了cDC1和cDC2中炎症通路情况，发现C/EBPβ缺失导致两种细胞中促炎通路的激活都下调了（图4f）。此外，研究发现丙酰胺处理T细胞后，C/EBPβ被招募到Ifng, Il12rb1和Rorc启动子上，并且激活它们（图4h, i）。相比之下，敲除C/EBPβ可降低小鼠TH1 / TH17极化，并抵消丙酰胺对其的促进作用（图4j）。然后通过敲低C/EBPβ探究其对小鼠肠炎的影响，如预期地，敲低C/EBPβ可显著增加小鼠的体重和肠的长度，降低病理得分和TH1 / TH17极化（图4k-o）。
图4 NF-κB-C /EBPβ信号通路促进促结肠T细胞应答
总之，本研究不仅建立了评估环境因子对IBD进展影响的模型，还通过该模型发现丙酰胺对IBD有促进作用，最后通过体内外实验证实该促进作用依赖于NF-κB-C /EBPβ信号通路对结肠T细胞应答的促进作用。
参考文献：
Sanmarco Liliana M., Chao Chun-Cheih., Wang Yu-Chao., Kenison Jessica E., Li Zhaorong., Rone Joseph M., Rejano-Gordillo Claudia M., Polonio Carolina M., Gutierrez-Vazquez Cristina., Piester Gavin., Plasencia Agustin., Li Lucinda., Giovannoni Federico., Lee Hong-Gyun., Faust Akl Camilo., Wheeler Michael A., Mascanfroni Ivan., Jaronen Merja., Alsuwailm Moneera., Hewson Patrick., Yeste Ada., Andersen Brian M., Franks Diana G., Huang Chien-Jung., Ekwudo Millicent., Tjon Emily C., Rothhammer Veit., Takenaka Maisa., de Lima Kalil Alves., Linnerbauer Mathias., Guo Lydia., Covacu Ruxandra., Queva Hugo., Fonseca-Castro Pedro Henrique., Bladi Maha Al., Cox Laura M., Hodgetts Kevin J., Hahn Mark E., Mildner Alexander., Korzenik Joshua., Hauser Russ., Snapper Scott B., Quintana Francisco J.(2022). Identification of environmental factors that promote intestinal inflammation. Nature, undefined(undefined), undefined. doi:10.1038/s41586-022-05308-6