撰文 | 十一月

斑馬魚在免疫相關的小分子篩選方面具有巨大的優勢，因為其早期胚胎髮育階段透明、胚胎數量巨大，且具有與人類相似免疫系統特徵

【1】

。2，4，6-三硝基苯磺酸TNBS在小鼠中能夠誘導T細胞驅動的結腸炎，在斑馬魚中也會誘導腸道炎症

【2】

。

炎症性腸病

（Inflammatory bowel disease，

IBD

）是一種複雜的胃腸道慢性炎症疾病。全基因組關聯研究發現了炎症性腸病相關的一些風險位點

【3】

。研究表明工業化國家中炎症性腸病增加，這說明環境因素可能也是炎症性腸病的易感性決定因素之一

【4】

。但是

目前關於炎症性腸病相關環境因素以及影響疾病的機制的鑑定還並不清楚。

近日，美國哈佛大學

Francisco J. Quintana

研究組在

Nature

上發表了文章

Identification of environmental factors that promote intestinal inflammation

，

透過結合公開的資料庫、斑馬魚化學篩選、機器學習以及小鼠臨床前模型等識別控制炎症性腸病的環境因素以及具體的發病機制。

在受精後7天使用TNBS處理斑馬魚幼魚會導致隱巢和絨毛形態的喪失、腸腔的擴張和腸道蠕動運動的減少，並且伴隨著促炎症基因表達的增加。NOS的藥理抑制或者透過FICZ啟用AHR可以改善斑馬魚的腸道炎症。為了篩選調節腸道炎症的環境化學物質，作者們在TNBS誘導的斑馬魚結腸炎症模型中建立了一個篩選平臺

（圖1）

。在該平臺的建立中作者們使用了ToxCast資料庫，該資料庫透過高通量生化和細胞分析中收集工業、農業和消費品中使用的化學物質活性資料

【5】

。

圖1 斑馬魚中建立環境化學物質篩選平臺

透過大規模篩選，作者們將範圍確定到20個候選化合物，其中包括11種與農業相關的化學物質。最終作者們選擇了

除草劑丙醯胺

（Propyzamide）進行後續研究，丙醯胺被用於水果、蔬菜以及多種作物，同時也會用於觀賞花園的處理。丙醯胺會對眼睛和面板具有刺激，吸入也會具有輕度毒性。作者們發現丙醯胺會增強TNBS誘導的斑馬魚腸道炎症。但是

丙醯胺本身給藥並不會誘導腸道炎症。這說明丙醯胺在腸道炎症中起著“加速器”作用，而非“啟動器”作用。

為了確定丙醯胺的免疫調節機制，作者們使用了TNBS誘導的結腸炎小鼠模型。在小鼠模型中，丙醯胺會導致腸道病理嚴重，表現為體重減輕、結腸縮短和組織學惡化等。丙醯胺還增加了結腸中特定型別的CD4 T細胞增加，但丙醯胺本身並不會引起腸道炎症。另外，作者們發現丙醯胺會改變腸道菌群，但腸道失調並不會促進其對腸道的影響。

透過RNA-seq分析，作者們發現丙醯胺處理的TNBS小鼠結腸中促炎途徑上調。其中上游調控因子的分析發現，NF-κb驅動的C/EBPβ的AHR抑制降低是介導丙胺誘導的轉錄效應的候選機制。為了進一步研究丙醯胺導致腸道炎症惡化的機制，作者們進行了scRNA-seq，作者們發現T細胞和樹突狀細胞群擴大，NF-κb驅動的C/ EBPβ促炎基因表達上調，AHR訊號降低。因此，丙醯胺透過作用於AHR-NF-κB-C/EBPβ訊號軸調節大腸和小腸的腸道免疫細胞反應進而加重腸道炎症。

總的來說，作者們建立了一個整合工作平臺，透過化學藥物資料庫在促進腸道炎症中分子篩選、機器學習以及小鼠模型鑑定發現除草劑丙醯胺會加重腸道炎症，而這一過程是由於AHR-NF-κB-C/EBPβ訊號軸擴大免疫細胞反應促進促炎訊號通路表達，從而建立一種研究腸道炎症的環境因素以及發病機制研究的正規化。

原文連結：

https://doi.org/10.1038/s41586-022-05308-6

參考文獻

1。 White， R。 M。 et al。 DHODH modulates transcriptional elongation in the neural crest and melanoma。

Nature

471， 518–522 （2011）。

2。 Fleming， A。， Jankowski， J。 & Goldsmith， P。 In vivo analysis of gut function and disease changes in a zebrafish larvae model of inflammatory bowel disease： a feasibility study。

Inflamm. Bowel Dis.

16， 1162–1172 （2010）。

3。 Huang， H。 et al。 Fine-mapping inflammatory bowel disease loci to single-variant resolution。

Nature

547， 173–178 （2017）。

4。 Kamm， M。 A。 Rapid changes in epidemiology of inflammatory bowel disease。

Lancet

390， 2741–2742 （2018）。

5。 Richard， A。 M。 et al。 ToxCast chemical landscape： paving the road to 21st century toxicology。

Chem. Res. Toxicol.

29， 1225–1251 （2016）。

想了解更多精彩內容，快來關注BioArt生物藝術