肠上皮STAT6活化导致肠道免疫紊乱和肠炎/癌发生发展的机制研究

Intestinal epithelial cells interact with mucosal immune cells primarily by secreting cytokines, and both are closely involved in the maintenance of intestinal immune homeostasis and the initiation of immune response. The main characteristics of colitis are upregulated expression of pro-inflammatory cytokines and altered epithelial homeostasis. The transcription factor STAT6 is mainly activated by type 2 cytokine, IL-4 and IL-13, which influences the activation and the function of immune cells and non-immune cells. Using DSS-induced colitis, our preliminary data demonstrated locally up-regulated production of IL-4 and IL-13 and increased levels of activated STAT6 in both epithelial cells and infiltrating immune cells. Moreover, STAT6 deficiency significantly attenuated the development of DSS-induced colitis and colitis-associated cancer, which was accompanied by reduced intestinal permeabilityand increased levels of intestinal IgA. We proposed that epithelial STAT6 activation could cause dysfunction of intestinal epithelium, which directly or indirectly inhibited IgA synthesis, thereby leading to the penetration of intestinal bacteria into mucosal tissues, finally inducing pathologic immune response. This project aims to clarify the mechanism by which STAT6 activation caused the dysregulation of intestinal immunity and identify the critical pathogenic cell type and molecule by taking advantage of the mouse model of colitis and colitis-associated cancer, bone marrow chimeric mouse, and in vitro cellular and molecular study. This project will broaden our insight into the cellular and molecular mechanism that is involved in the maintenance and the dysfunction of the immune balance in the intestine.

肠上皮组织和免疫细胞主要通过分泌细胞因子相互作用，参与肠道免疫稳态的维持和免疫应答的启动。致炎因子的上调表达和上皮稳态的改变是肠炎的主要特征。转录因子STAT6主要受二型细胞因子IL-4和IL-13的活化，影响免疫细胞和非免疫细胞的功能。我们前期研究发现DSS诱导的小鼠肠炎局部上调表达IL-4和IL-13，肠上皮和浸润的免疫细胞均高表达活化的STAT6；而且，STAT6的缺失明显减轻DSS诱导的肠炎及肠炎相关肠癌的发生发展，并伴随着肠道上皮通透性的减轻和IgA水平的增高。我们假设肠上皮STAT6活化可引起上皮功能的紊乱，直接或间接抑制肠道IgA生成，引起肠道细菌的渗透，导致病理性免疫应答。我们计划利用小鼠肠炎/癌模型、骨髓嵌合体小鼠和体外细胞分子学研究，阐明STAT6活化导致肠道免疫紊乱的具体机制，鉴定关键的致病免疫细胞和分子，拓展我们对参与肠道免疫平衡的维持及紊乱的细胞分子机制的认识。

肠道上皮屏障功能的完整性对维持肠道免疫的稳态非常重要，其中，上皮紧密连接构成的物理屏障是肠道黏膜屏障功能的关键组分，有效地隔离了肠道微生物及外来有害物质，避免黏膜免疫的异常活化。炎性肠病通常伴随着上皮紧密连接功能异常引起的肠道通透性增强，提示上皮紧密连接屏障功能的紊乱，可能导致肠炎的发生发展及炎癌转化。转录因子STAT6主要受二型细胞因子IL-4和IL-13的活化，影响免疫细胞和非免疫细胞的功能，参与过敏、肿瘤免疫抑制等。我们利用DSS诱导的小鼠肠炎模型发现2型转录因子STAT6在肠上皮和肠黏膜免疫细胞均表达，利用骨髓嵌合体小鼠发现非免疫细胞（主要为肠上皮细胞），而不是免疫细胞上STAT6活化，增强DSS诱导的肠炎严重程度以及促进随后的肠癌发生发展。肠上皮STAT6的活化并不影响肠道菌群，但在DSS作用早期（3天）肠道炎症出现前就引起了肠道通透性增加和肠道微生物转位。利用RNAseq检测比较DSS处理后第3天的WT和STAT6-/-小鼠的肠组织，我们发现STAT6缺失引起多种紧密蛋白相关基因表达的改变，其中改变最明显的是上游调控上皮紧密连接的关键的肌动蛋白轻链激酶1（MLCK1）。机制上，我们发现STAT6可以直接在转录水平促进MLCK1的表达。IL-13刺激可上调MLCK1的蛋白表达水平和下游肌动蛋白轻链的磷酸化，而通过SiRNA敲减STAT6可抑制这些效应。我们进一步发现，DSS处理引起肠道常驻的ILC2细胞活化，分泌IL-13，促进肠道上皮STAT6的活化。利用中和抗体阻断IL-13可抑制DSS诱导肠炎小鼠肠上皮STAT6的活化，减轻肠炎症状，而中和IL-4却无此效应。最后，我们发现STAT6抑制剂能有效减轻小鼠肠道肿瘤的发生发展，分析肠癌患者标本显示癌组织STAT6磷酸化程度与肿瘤的恶性程度及预后呈正相关。我们的研究解释了肠上皮STAT6的活化直接破环上皮紧密连接的完整性，可能是引起肠道炎症的原因，提示STAT6可能作为防治炎性肠病和肠炎相关肿瘤的潜在靶点。