我國學者揭示ATF4維持潘氏細胞分泌抗微生物肽的機理

　　2019年3月19日，國際學術期刊Gastroenterology在線發表了中國科學院上海營養與健康研究所郭非凡研究組和同濟大學附屬第十人民醫院劉占舉教授研究組的最新合作研究成果“ATF4 Deficiency Promotes Intestinal Inflammation in Mice by Reducing Uptake of Glutamine and Expression of Antimicrobial Peptides”。該研究發現激活轉錄因子4（activating transcription factor 4, ATF4）通過結合啟動子上氨基酸應答元件（AARE）直接轉錄激活谷氨酰胺（Gln）轉運體基因SLC1A5表達，進而調控腸道上皮細胞中Gln水平，從而維持潘氏細胞分泌抗微生物肽的功能，揭示了氨基酸感應蛋白ATF4在維持腸道潘氏細胞分泌和調控腸道炎癥的新功能。

　　炎癥性腸病（inflammatory bowel disease, IBD），包括克勞恩疾病（Crohn’s disease, CD）和潰瘍性結腸炎（ulcerative colitis, UC），是世界范圍內發病率最高的胃腸道疾病之一。目前大量研究發現，炎癥應答、氧化應激、固有和適應性免疫、微生物防御和自噬等生物學和生理學過程均是IBD的發病的重要因素，迄今也鑒定了約200多個IBD易感基因，但其發病的具體機制仍不清楚。潘氏細胞（Paneth cell）是一類特殊的、定位在小腸隱窩基底部的一類功能性細胞，它能夠通過分泌抗微生物肽，如a-防御素，參與機體的固有免疫，其功能失調是誘發IBD的重要因素之一。有研究報道，氨基酸水平與潘氏細胞分泌抗微生物肽密切相關，而一些與氨基酸穩態相關基因表達異常可能會提高IBD發病的易感性。郭非凡課題組長期從事氨基酸感應機制研究，前期發現氨基酸感應蛋白ATF4參與了中樞和肝臟調控糖脂代謝的重要功能，但其在IBD中的作用還不清楚。

　　中國科學院上海營養與健康研究所郭非凡課題組近日發現氨基酸感應蛋白ATF4在IBD發病過程中具有重要調控作用。在這項研究中，首先采集了IBD活動期病人（21例CD、22例UC）和健康人（31例）腸道粘膜組織樣本，分別利用qRT-PCR、Western blot和IHC等方法檢測發現ATF4表達在IBD病人腸粘膜中顯著下調；同時也發現DSS誘發的實驗性小鼠結腸炎腸上皮細胞中ATF4表達也顯著下降，說明腸上皮細胞（intestinal epithelial cell, IEC）ATF4表達與IBD發病密切相關。進一步，構建了IEC特異敲除Atf4小鼠，發現該小鼠具有自發性的小腸結腸炎和DSS誘導結腸炎的易感性。進一步發現IEC敲除Atf4顯著降低了腸道Gln水平和潘氏細胞抗微生物肽表達，而且造成腸道菌群紊亂。分別對Atf4腸道敲除小鼠補充重組抗微生物肽蛋白DEFA1和氨基酸Gln，則顯著改善了小鼠腸炎發生。體內和體外研究均表明ATF4可以調控Gln轉運體蛋白SLC1A5的表達，且通過啟動子活性試驗發現ATF4可以直接結合到SLC1A5啟動子上的氨基酸應答元件激活轉錄。細胞水平研究發現，過表達SLC1A5顯著提高了腸細胞內Gln水平和抗微生物肽表達，同時抑制了敲低Atf4導致的炎癥因子表達。最后人群樣本驗證發現，SLC1A5在活動期IBD病人腸粘膜中表達顯著下調，且與ATF4表達呈正相關。這些結果揭示了ATF4通過直接調控SLC1A5的表達，從而影響腸細胞Gln水平和抗微生物肽的表達，進而調控IBD的新機制。ATF4可能成為治療IBD的一個新的潛在靶點。

　　該研究得到了中科院上海營養與健康研究所陳雁研究員、翟琦巍研究員和應浩研究員的支持和幫助。該項目得到了國家自然科學基金委、上海市科委、中科院交叉創新團隊、中科院“百人計劃”、中科院青年促進會等的經費支持。

圖：ATF4通過SLC1A5調控潘氏細胞抗微生物肽表達和腸道炎癥的作用與機制