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实验室培养的人类结肠改变GI疾病的研究

发布时间:2020-01-12 13:54编辑:生命科学浏览(200)

    大约一半的先天性巨结肠病例是由一种名为RET的基因突变引起的。RET是一种受体,一种大蛋白分子,位于细胞表面以接收来自其他细胞的信号。在发育期间,由两种称为GDNF和GFR1的蛋白质形成的复合物与RET结合并激活肠神经元正常发育所需的信号传导。

    作者还注意到,来自生长因子BMP(骨形态发生蛋白)的信号在肠管的SATB2表达区域中具有高活性。研究人员在分析青蛙,小鼠和人类干细胞来源的肠道时,通过BMP发出信号,需要在发育中的后肠中建立SATB2。以SABT2作为标记物,研究人员表明,BMP信号传导对于发育结肠发育的青蛙和小鼠后肠区特异性组织是必需的。

    在IBD的两个小鼠模型中,在症状发作之前每日注射Divertin以保持肠屏障功能,防止小鼠体重减轻并降低其死亡率。其中一种模型,用特异性抗TNF抗体中和TNF-α的疗效(这是IBD患者常用的治疗策略),以比较Divertin与抗TNF治疗的疗效。惊喜的是,Divertin在增加处理小鼠存活率,减少粪便含水量、免疫细胞浸润和结肠组织病理学方面表现优于TNF-α治疗,所有这些都在IBD患者中观察到。同时,Divertin在降低肠道组织内广泛的炎症细胞因子水平方面也比抗TNF-α更有效。单独使用Divertin足以减轻疾病严重度并阻止疾病进展,但只有Divertin和抗TNF的联合使用才能导致小鼠100%存活,并阻止疾病活动的进展。

    这很重要,因为到目前为止,先天性巨结肠的动物研究使用的模型系统代表了先天性巨结肠的少数基因突变。

    当在人多能干细胞衍生的肠管培养物中加入BMP蛋白三天时,它诱导了后HOX编码。HOX包含一组关键的基因,有助于从头到脚控制胚胎的发育计划。研究人员报告,后HOX有助于控制表达SATB2的人结肠类器官的形成。

    科学家们还得出结论,GFR1的表达减少可能导致先天性巨结肠的易感性。新的小鼠模型将作为一种有用的工具,用于增强对疾病的理解和未来的治疗定义。

    影响GI道区域的疾病非常普遍,包括结肠炎,结肠癌,肠易激综合征,先天性巨结肠和息肉综合征等疾病,Wells说。我们在如何研究这些疾病方面受到限制,包括像老鼠这样的动物模型不能精确地重建胃肠道中的人类疾病过程。该系统使我们能够非常有效地模拟人类疾病和人类发展。

    参考文献

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    青蛙,小鼠和人类之间SATB2的蛋白质序列非常相似。这使得作者得出这样的假设,即青蛙和小鼠中调节SATB2的分子信号可用于制造表达该蛋白质的人结肠类器官。

    文章缩译自:

    利用新的小鼠模型,赫尔辛基大学的科学家们现在能够进一步了解小肠结肠炎事件的年表。他们发现产生粘蛋白的杯状细胞是一种特定类型的细胞,负责润滑肠道内表面,可能是预防性治疗的潜在目标。

    该技术允许在人体建模系统中以前所未有的细节研究结肠疾病。根据辛辛那提儿童多能干细胞中心高级研究调查员兼主任James Wells博士的说法,它还有可能有朝一日产生人胃肠(GI)道组织,用于移植给患者。

    Graham等报道了MLCK的两种异构体MLCK1和MLCK2在肠上皮细胞中的差异性表达模式,其中MLCK2定位于胞质,而MLCK1定位于PAMR。同时,MLCK1在结肠炎模型小鼠的上皮细胞PAMR中也存在,而其在健康小鼠中并不存在。为开发特异性针对MLCK1的治疗药物,Graham等专注于研究只存在于MLCK1而非MLCK2中的单个结构域。同时,为验证MLCK1特有结构域中是否含有药物结合位点,研究者解析了其晶体结构并发现一个可结合的疏水区域。Graham等假设可结合的小分子可能抑制MLCK1向PAMR的转运。他们筛选了一个大约含有140000个分子的文库,并将搜索范围缩小到一个可降低紧密连接通透性的化合物。该化合物的一个特性是它不会抑制与毒性相关的其他MLCK抑制剂靶向的MLCK1激酶活性,因此,不会影响上皮伤口愈合或肠道运动所需的平滑肌收缩。

    为了开发新的治疗方法,疾病的动物模型通常是先决条件。由Jaan-Olle Andressoo副教授领导的这项工作描述了第一个可行的先天性巨结肠症和小肠结肠炎小鼠模型的生成和表征,GDNF / GFRa1 / RET信号传导缺陷代表了大多数患者。

    研究人员 - 包括威尔斯实验室的第一作者和博士后研究员Jorge Munera博士 - 在他们目前的论文中指出,结肠比胃肠道的其他部分更难以产生。

    使用TNF-α诱导的炎症小鼠模型,Graham等用Divertin以模拟口服给药的方式处理小鼠,发现其可以抑制屏障丧失、阻断TNF诱导的肠道MLC磷酸化并抑制腹泻。尤其是,Divertin不影响上皮细胞更新,并且在未注射TNF-α的小鼠中无毒性。在人空肠活检中,Divertin在抑制MLCK1募集到PAMR和MLC磷酸化方面具有相似的效果,这些空肠活检样本是从健康人群获得并在用TNF-α刺激培养的。在这些组织中,Divertin还阻断了紧密连接蛋白occludin的内吞作用,该蛋白是屏障功能障碍的指标。

    大约每5,000个婴儿中就有一个在远端结肠中出生时没有肠神经元导致先天性巨结肠症。由于缺乏神经元,肠道内容物不能正常通过,导致便秘和结肠肿大。

    测试翻译潜力

    W. Vallen Graham, Weiqi He,et,al. Intracellular MLCK1 diversion reverses barrier loss to restore mucosal homeostasis. Nat Med. 2019 Apr;25:690-700.

    通过手术切除受影响的肠道部分来治疗该病症,但患者仍然处于小肠结肠炎或肠道炎症的高风险中。这是Hirschsprung病的主要危及生命的并发症。

    澳门尼斯人app,他们还开采了公共数据库(GNCPro,TiGER,Human Protein Atlas),以确定成人结肠中后肠的分子标记。最前沿的青蛙和小鼠

    肠道屏障通过不同类型的柱状上皮细胞单层维持其完整性,包括小肠或大肠特有的细胞类型。这些上皮细胞共同起作用以形成有效的生物屏障。结构蛋白将这些细胞彼此横向束缚,以维持控制溶质和水运输的物理屏障。在这些蛋白质中,claudins和occludins形成可调节的密封,称为紧密连接,在上皮细胞之间建立细胞屏障。紧密连接通透性的主要调节因子是肌球蛋白轻链激酶。如果MLCK由于突变或表达升高不能正常发挥作用,不仅可以导致肠道疾病状态,还可以导致肺和心脏等其他器官的疾病状态。

    在自2009年以来发表的一系列研究中,威尔斯实验室的研究人员使用人类多能干细胞(hPSCs)培育胚胎期小肠。功能性神经系统,以及人胃的胃窦和胃底区域。

    澳门尼斯人app 2投稿邮箱:DDP@high-med.com" style="width:60%;margin:1rem auto">

    建立胃肠道

    Divertin可抑制实验性IBD进展

    将组织工程化的结肠类器官移植到免疫受损小鼠的肾胶囊中6至10周。在观察和分析现在的体内类器官时,研究作者寻找后区域肠内分泌细胞的迹象,这些细胞在自然发育的人类结肠中发现激素。

    Blander JM. A new approach for inflammatory bowel disease therapy. Nat Med. 2019;25:545-546.

    为了开发产生人类结肠的模型,科学家首先将SATB2(特殊的富含AT的序列结合蛋白2)鉴定为青蛙,小鼠和人类中后肠的确定分子标记。

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    具有独特作用机制的Divertin将是IBD疗法的重要补充,可以特异性地改变肠道通透性。Divertin也可作为克罗恩病患者一级健康亲属的重要预防措施。高达40%的患者亲属表现出小肠通透性改变以及患克罗恩病的风险增加。此外,尽管没有症状,生化指标也正常,但对那些因为小肠通透性受损导致再发风险高的克罗恩病患者来说,Divertin治疗可能有益。Divertin在恢复肠上皮屏障功能方面的功效应该为验证其对内皮屏障功能的活性奠定基础,特别是对于那些在多发性硬化症中受损的血脑屏障。

    • 包括盲肠,结肠和直肠。

    图1 Divertin可以恢复IBD模型中的紧密连接功能

    SATB2是一种DNA结合蛋白,有助于细胞核中染色体的结构组织。

    为了了解人体GI组织在生物体内的表现如何 - 并测试其未来的治疗潜力 - 研究团队包括来自外科的合作者,由Michael Helmrath,MD,一名儿科外科医生和外科研究主任领导程序。

    MLCK是屏障功能障碍的潜在治疗靶点

    这组作者说,鉴定正确的遗传和分子编程以诱导hPSCs进入结肠类器官的部分挑战是缺乏关于器官胚胎发育的数据。他们通过在动物模型中进行一系列分子和遗传筛选来开发后肠组织来解决这个问题。后肠是发育中的肠道的一部分,产生整个大肠

    Graham等的研究结果很鼓舞人心,说明亚细胞结构的精确定位能够修复生物屏障,以减轻疾病严重度,甚至阻止其复发。

    需要进行临床试验测试Divertin对IBD患者的疗效,特别是那些对抗TNF治疗无效或用抗TNF初始治疗后转变为难治性IBD的患者。Graham等发现,Divertin似乎不会影响TNF受体信号通路,表明在用抗TNF治疗的个体中,Divertin可能对抗TNF治疗相关的免疫抑制无效。这种免疫抑制是由于TNF受体信号通路干扰造成的,并导致对感染、恶性肿瘤和其他不良反应的易感性增加。IBD的替代治疗试图从疾病发病的不同方面去阻断,例如抗整合素制剂可以阻断炎性免疫细胞募集,但却不具有免疫抑制功能。

    进一步研究表明,MLCK1中的药物结合位点在人和小鼠中是相同的,因此可以在小鼠中进行临床前功效测试。

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    该化合物作用于人类结肠上皮细胞系,抑制MLCK1向PAMR的转运。它可以逆转TNF诱导的、MLCK1介导的MLC磷酸化,有效恢复TNF处理后损伤的细胞屏障功能。因为该化合物抑制MLCK1向PAMR的转移,所以将其命名为Divertin。Divertin的作用模式是防止激酶募集到其底物上,而不是传统的药物诱导的酶活性阻断或底物结合阻断,是精确亚细胞靶向的新型治疗策略。MLCK1的运输涉及到一种未鉴定的蛋白质,其充当MLCK1和MLC之间的媒介。对于目前有限的治疗方式来说,这种蛋白可以作为一个额外的治疗靶标,进而有效恢复屏障通透性。

    炎症性肠病是一种慢性胃肠道疾病,包括克罗恩病和溃疡性结肠炎。仅在欧洲和北美就有350万人受该病困扰,同时其在亚洲、非洲和南美洲的发病率也在不断上升。IBD会影响患者的生活质量,尤其是在那些经历腹泻、腹痛、血便、发热、疲劳、食欲减退和体重减轻等严重症状的青少年和年轻人中更严重。IBD具有典型的肠上皮屏障功能受损和渗透性增加症状。肠道在没有有效的屏障保护下,肠腔内容物、病原微生物和共生微生物群会转移到肠道固有层中,导致炎症发生。因此,迫切需要通过治疗恢复肠道屏障,使其能够选择性地透过物质。

    IBD具有典型屏障功能受损特性

    {"type":1,"value":"关注消化界,精彩每天不断!

    肠道上皮屏障损伤可驱动肠道及系统性疾病的发生,肌球蛋白轻链激酶是肠道屏障功能的关键调节因子,但抑制其酶活性可引起很强的毒性。Nature Medicine上发表的一项最新研究,通过筛选鉴定出一种小分子Divertin,可抑制MLCK招募肌动球蛋白的功能,而不抑制其激酶活性。进一步研究发现,Divertin可通过调节细胞膜通透性,进而恢复小鼠受损的肠道屏障并改善其结肠炎症状,抑制动物模型中的IBD进展。该研究为IBD等肠道屏障功能障碍相关疾病提供了新的潜在治疗靶点。

    紧密连接周围肌动球蛋白环是肌动蛋白和肌球蛋白II的细胞骨架环,环绕于肠上皮细胞并与紧密连接蛋白相关。作为肌球蛋白的小多肽亚基,肌球蛋白轻链通过MLCK磷酸化之后收缩该环,在紧密连接蛋白上产生张力,使其细胞间的紧密连接变得松散并增加屏障通透性。TNF-α作为一种高炎症细胞信号蛋白,其表达水平在IBD患者的肠道组织中有所升高,通过MLCK1增加PAMR中MLC的磷酸化,导致紧密连接松散以及食物抗原、大分子和微生物进入无菌固有层中。

    Divertin抑制MLCK1向PAMR转运

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