浙中醫大一附院消化內科等團隊以單細胞和空間分辨轉錄組學闡明雷公藤多苷治療潰瘍性結腸炎的機制

【寫在前面】：本期推薦的是由浙江中醫藥大學第一臨床醫學院、浙江中醫藥大學附屬第一醫院消化內科等研究團隊合作近期發表于Phytomedicine(IF8.3）的一篇文章，揭示單細胞和空間分辨轉錄組學闡明雷公藤多苷治療潰瘍性結腸炎的機制。

【期刊簡介】

【題目及作者信息】

Single-cell and spatially resolved transcriptomics elucidate the therapeutic mechanism of

Tripterygium wilfordii

背景

雷公藤多苷（TWP）可以緩解潰瘍性結腸炎（UC）的炎癥。然而，UC的核心疾病特異性生物標志物和靶點以及TWP的治療作用機制尚未完全闡明。

目的

采用涉及單細胞測序、空間轉錄組學和實驗驗證的綜合策略來研究TWP治療UC的潛在靶點。

方法

通過將單細胞RNA測序與空間轉錄組學相結合，研究了TWP治療UC的分子作用機制和治療靶點。建立CRISPR-Cas9基因編輯動物模型。使用蛋白質印跡分析、蘇木精-伊紅染色和免疫熒光來評估腸道炎癥和粘膜損傷，以驗證靶基因。通過UPLC-Q-TOF-MS對TWP的化學成分進行了表征，并通過分子對接和表面等離子體共振分析評估了其與已鑒定靶標的相互作用。

結果

TWP顯著減輕了DSS治療小鼠的腸道炎癥和粘膜損傷。單細胞測序和空間轉錄組分析確定S100A8是TWP治療UC的潛在核心靶點，S100A8促進中性粒細胞與其效應細胞（巨噬細胞）之間的信號轉導。多模式驗證顯示，S100A8過表達加劇了結腸炎的嚴重程度和腸粘膜破壞，而S100A8敲除顯著減輕了腸道炎癥和粘膜損傷。我們在TWP中共鑒定出52種化學成分。分子對接表明，有6個組分可以與S100A8結合。SPR分析進一步證實雷公藤甲素和去甲基Zeylasteral強烈結合S100A8。

結論

TWP可能主要通過抑制S100A8的表達來緩解UC的炎癥癥狀，從而保護腸粘膜屏障功能。

圖文摘要

【前言】

潰瘍性結腸炎（UC）是一種慢性特發性炎癥性腸病，其全球發病率的上升構成了日益嚴峻的臨床挑戰。從病理學上講，UC的特征是主要局限于遠端結腸和直腸的復發-緩解炎癥過程，其中復發性炎癥會造成累積的粘膜損傷，從而大大增加結腸炎相關腫瘤的長期風險。目前治療UC的藥物，包括氨基水楊酸制劑、糖皮質激素、免疫抑制劑和生物制劑，受到重大限制的阻礙。激素依賴和治療失敗等挑戰普遍存在，緩解率很少超過30-60%。盡管全結腸直腸切除術可能治愈結腸炎，但這種主要的外科手術存在術后并發癥的風險，如膿胸和大便失禁。因此，開發安全有效的長期治療方法仍然是一個相當大的挑戰。

雷公藤是一種在中國廣泛有效利用的中草藥。這種衛矛科植物雷公藤多苷（TWP）的純化提取物以其強效的抗炎和免疫抑制特性而聞名。這些特性使其成功應用于一系列自身免疫和炎癥性疾病。在臨床背景下，我們之前曾報道過TWP的免疫調節作用可以減少IBD患者的炎癥活動，包括UC患者。我們的臨床前研究進一步證實了這些觀察結果，表明TWP通過抑制TLR4和p38 MAPK信號通路下調炎性細胞因子來改善結腸病變。最近的證據表明S100A8是UC的關鍵炎癥基因。研究證實，S100A8在DSS誘導的腸道損傷中高度表達，中和其過表達可顯著改善小鼠的結腸炎癥狀。然而，由于細胞異質性和個體生物學差異，TWP通過靶向S100A8治療UC的精確分子機制仍有待完全確定。

【結果部分】

1.TWP可改善DSS誘導的小鼠潰瘍性結腸炎模型中的腸道損傷。

2.TWP可恢復結腸上皮屏障功能。

3.小鼠結腸組織單細胞轉錄組圖譜的特征分析。

4.結腸組織細胞亞群分析。

5.小鼠結腸組織中髓系細胞的特征。

6.基于hdWGCNA的結腸細胞基因共表達網絡分析。

7.核心基因篩選、表達分析及偽時間動力學特征研究。

8.結腸組織核心基因的驗證。

9.TWP通過S100A8通路減輕腸道損傷及炎癥浸潤。

10.TWP通過S100A8保護結腸黏膜屏障。

11.TWP的化學成分及其與S100A8的結合分析。

12.示意圖展示TWP通過抑制S100A8表達從而保護腸道黏膜屏障功能，進而緩解潰瘍性結腸炎（UC）炎癥癥狀的作用機制。

【結論與討論】

總之，我們的研究表明，S100A8 是一個潛在的關鍵調控基因，介導了 TWP 在潰瘍性結腸炎中的治療效果，并可能在中性粒細胞與其效應細胞（特別是巨噬細胞）之間的信號轉導中發揮作用。通過使用 UPLC-Q-TOF-MS 對 TWP 的化學成分進行分析，我們確定了可能與 S100A8 相互作用的成分。這項工作為未來研究 TWP 治療潰瘍性結腸炎的作用機制以及更廣泛的炎癥研究提供了方法學和概念基礎。

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