山东大学发27.7分cell子刊，揭秘高脂饮食破坏胆汁酸耐受性进而加剧结肠炎的机制

原创1894阅读 2025-03-19 14:49:05

　　Highlights

1. 短暂性HFD通过提高肠道BA促进结肠炎进展和复发

　　2. TNF受损的BA耐受性赋予BA对肠上皮细胞的细胞毒性

　　3. TNF引起的BA在ER中的积聚通过IRE/XBP1诱导肠上皮细胞凋亡

　　4. 高肠BA阻碍UC和实验性结肠炎中英夫利昔单抗的反应性

　　近日，“Cell Metabolism”（IF=27.7）上发表了一篇题为“TNF compromises intestinal bile-acid tolerance dictating colitis progression and limited infliximab response”的文章。这篇文章探讨了TNF如何通过影响肠道对胆汁酸的耐受性来加剧溃疡性结肠炎（UC）的进展，并限制了抗TNF药物英夫利昔单抗的疗效。

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　　研究背景介绍

　　英夫利昔单抗是一种抗TNFα的单克隆抗体，用于治疗包括UC在内的多种炎症性疾病。它通过结合并中和TNFα，减少炎症反应。

　　胆汁酸（BAs）耐受性是指肠道上皮细胞对胆汁酸的解毒能力。当这种耐受性受损时，胆汁酸可能在肠道积累，导致细胞损伤和炎症反应。

　　研究思路分析

　　研究技术路线图01高脂饮食对结肠炎的影响

　　①通过研究不同饮食对结肠炎进展的影响，发现仅短期高脂饮食（HFD）在DSS处理前能加剧小鼠的结肠炎症状，包括疾病活动指数的增加、结肠缩短、上皮损伤加重和免疫细胞浸润增多。尽管长期高脂饮食与LPS水平上升有关，但短期HFD并未导致粪便中LPS水平或产生LPS的细菌丰度变化，说明结肠炎的加剧不是由LPS引起的。

　　②研究发现HFD显著改变了肠道微生物的多样性。尽管某些与UC进展负相关的菌群在HFD后减少，但另一菌群veillonellaceae的减少却与UC患者的升高相矛盾，这表明微生物组的变化可能不是HFD加剧结肠炎的直接原因。此外，研究没有发现两组间微生物代谢途径有显著差异，排除微生物代谢在HFD加剧结肠炎中的作用。同时，还发现肠道微生物群代谢产生的某些物质，特别是两种胆汁酸代谢物和棕榈酸，与HFD喂养小鼠肠道中的细菌高度相关，并在HFD喂养的小鼠中显著增加。说明HFD可能通过改变肠道微生物群的代谢产物，特别是胆汁酸水平，来影响结肠炎的进展。

　　02胆汁酸对结肠炎进展的影响

　　①给DSS处理的小鼠额外补充了两种主要的初级胆汁酸：胆酸（CA）和鹅去氧胆酸（CDCA），发现补充胆汁酸的小鼠出现与短期HFD相似的结肠炎恶化症状，包括更早的疾病活动指数增加和更明显的组织损伤。使用胆汁酸清除剂CHE能够缓解这些症状，而补充外源性CA则会加重损伤。进一步发现利用FXR激动剂Fex在HFD期间减少肠道胆汁酸，能显著缓解随后的结肠炎症状。此外，通过肝脏特异性敲减Cyp7a1酶来减少胆汁酸合成，也能减少粪便中的胆汁酸水平，并使小鼠对HFD引起的结肠炎具有抵抗力。

　　②通过单细胞RNA测序，发现在结肠炎早期，特定的免疫细胞（如髓系细胞和成纤维细胞）中的炎症因子TNF表达增加，而TNF能够使胆汁酸从促进细胞增殖转变为具有细胞毒性。进一步实验表明，TNF的存在使得胆汁酸能够显著增加肠道上皮细胞的死亡，主要通过诱导细胞凋亡。这些结果表明，在结肠炎的炎症环境中，TNF可能使肠道上皮细胞对胆汁酸变得敏感，从而导致细胞损伤。

　　03胆汁酸和TNF的协同作用

　　①通过TEM观察小鼠结肠组织，发现CA的补充加剧了DSS诱导的ER扩张和核糖体脱落。特别是肠上皮细胞在ER损伤上表现得更为明显，而其他类型的上皮细胞则未出现明显损伤。ER应激激活了未折叠蛋白反应（UPR），其中三种主要的ER传感器包括ATF6、IRE1和PERK。单细胞RNA测序数据揭示，在DSS处理后，仅IRE1/Xbp1这一UPR通路表达上调。进一步实验显示，当细胞同时暴露于DCA和TNF时，剪接体Xbp1（Xbp1s）的水平较单独暴露于DCA或TNF时更高。这表明TNF可能在胆汁酸引起的细胞毒性中起到协同作用。

　　②通过分析DSS处理小鼠和对照组小鼠结肠组织的单细胞RNA测序数据，发现DSS处理的小鼠肠道上皮细胞中激活了内质网应激和凋亡程序，同时异生物质和药物代谢途径下调。进一步分析发现，这些变化主要发生在肠细胞中，尤其是负责胆汁酸解毒的基因表达减少，如Cyp2c55、Cyp3a13和Sult1d1。通过对肠细胞进行重新聚类，发现两个主要在近端结肠的亚群在胆汁酸解毒方面受损。结肠组织的RNA测序验证了DSS处理过程中胆汁酸代谢的失调，类似变化也在溃疡性结肠炎患者中观察到。表明，肠道炎症阻碍了肠道上皮细胞对胆汁酸的解毒。

　　04TNF对胆汁酸解毒途径的影响

　　①通过共培养实验，发现TNF直接抑制了在DSS诱导的结肠炎早期阶段表达的胆汁酸解毒基因。RNA测序比较了TNF处理或未处理的肠道类器官，发现TNF处理后药物代谢和异生物质代谢途径中的解毒基因表达下调。公共数据库中的人类肠道类器官数据也显示，TNF处理后多种胆汁酸解毒基因表达显著减少。通过筛选抑制剂，发现RIPK1抑制剂RIPA-56和ERK抑制剂SCH772984能显著逆转TNF/DCA诱导的细胞死亡，并在小鼠肠道类器官中验证了这一发现。这些结果表明，TNF通过RIPK1/ERK途径破坏胆汁酸解毒系统，使肠道上皮细胞对胆汁酸更为敏感。

　　②TNF导致BAs在肠道上皮细胞中积累，增强其细胞毒性。在炎症条件下，BAs在细胞中的积累增加，导致结肠炎恶化。激活PXR或CAR可以减轻这种毒性作用和结肠炎的严重程度。磺酸化的BAs不会与TNF协同引发细胞毒性，表明炎症环境中的TNF是促进BAs积累和结肠炎加剧的关键因素。

　　05胆汁酸积累与结肠炎治疗响应

　　①研究发现，短暂的HFD会影响结肠炎的恢复。经过DSS处理和3天清水喂养后，接受HFD的小鼠结肠炎恢复较差，表现为结肠缩短和更严重的组织病理学变化。与HFD类似，CA喂养也加剧了DSS诱导的结肠炎的恢复。胆汁酸螯合剂（CHE）饮食可以逆转HFD对结肠炎恢复的不利影响，并且CHE在正常饮食下也能促进结肠炎的恢复，表明生理水平的BAs也会干扰结肠炎的缓解。

　　②研究发现，高脂肪饮食或CA丰富饮食会削弱英夫利昔单抗在DSS诱导的小鼠结肠炎模型中的治疗效果。使用胆汁酸螯合剂可以部分恢复治疗效果。对UC患者的研究表明，对英夫利昔单抗无应答的患者粪便中胆汁酸水平显著高于应答者，特别是CA和ACA这两种胆汁酸。这些发现表明，胆汁酸水平可能与英夫利昔单抗在UC治疗中的疗效抵抗有关。