LRRK2特异性调节潘氏细胞溶菌酶分泌的机制研究

Paneth cell plays an important role in maintaining gut homeostasis by secreting large amounts of bactericidal peptides into gut lumen, which includes lysozyme, cryptdin and et al. Such bactericidal peptides are indispensible for regulating gut microbiota and controlling infection. Paneth cell malfunction is a common cause for inflammatory bowel disease (IBD). Our previous research has found that deficiency of LRRK2 exacerbated inflammation in a murine IBD model (Nat Immunol. 2011, 12: 1063). Our ongoing investigation further found that Lrrk2 deficiency led mice more susceptible to gastric infection, and the increased susceptibility was due to the lack of lysozyme in the gut lumen. Paneth cells secrete lysozyme through highly specialized secretary granules, so called dense-core vesicles (DCVs). Our preliminary data have found that Lrrk2 deficiency causes one of DCV contents, lysozyme, being missorted to lysosomes for degradation. Thus, Lrrk2 deficiency causes a lack of lysozyme in Paneth cells. Currently, the mechanism governing DCV cargo sorting remains elusive. Our research has suggested that LRRK2 plays a key role controlling DCV cargo sorting. Therefore, we propose to investigate the mechanism by which LRRK2 controls DCV cargo sorting. Our research will not only promote our understanding on the role of LRRK2 in the etiology of IBD, but also shed light on the general machinery governing DCV cargo sorting.

潘氏细胞是位于小肠隐窝底部高度特化的分泌细胞，通过致密核心囊泡（DCVs）向肠腔内分泌溶菌酶等大量的抗菌物质，在控制感染、调控肠道微生态方面发挥重要作用，潘氏细胞分泌异常是炎症性肠炎发生的常见原因。我们研究发现Lrrk2基因缺失在小鼠中加剧肠炎反应（Nat Immunol. 2011,12:1063），且LRRK2在潘氏细胞中高表达，缺失LRRK2导致潘氏细胞中溶菌酶特异性分泌缺陷。在此基础上，我们进一步发现Lrrk2基因缺失导致小鼠对肠道感染易感，而饲喂溶菌酶可以改善肠道感染症状。本项目将利用我们已经建立的潘氏细胞体外3D隐窝小体培养体统，结合动物模型，借助潘氏细胞中DCVs的研究优势，针对DCVs货物选择性分拣这一目前还不甚清楚的问题进行研究，深入分析LRRK2参与DCVs货物分拣的机制，为深入理解LRRK2的生理功能提供依据，也为货物选择性分拣这一重要科学问题提供新的研究思路。

肠道上皮黏膜与肠道共生菌存在广泛的互作关系，对于机体健康至关重要，而其中的很多机制有待发现。本课题组长期关注肠道菌与小肠上皮潘氏细胞间的互作关系。潘氏细胞是位于小肠隐窝底部高度特化的分泌细胞，通过致密核心囊泡（DCVs）向肠腔中分泌溶菌酶等抗菌物质，在维持肠道稳态中发挥着重要作用。潘氏细胞分泌异常是导致炎症性肠病发生的重要原因。我们发现了肠道菌细胞壁肽聚糖的小分子可以调控潘氏细胞内的胞内囊泡的货物分拣，本项目针对这一现象开展分子机制研究，通过一系列的小鼠模型，就LRRK2在调控潘氏细胞溶菌酶分泌的机制展开了深入研究，阐明了潘氏细胞的Nod2受体被共生菌来源的信号分子激活后定位于DCV表面，进一步招募LRRK2，Rip2，Rab2a和SGSM2到DCV上，共同调控DCV中溶菌酶的分拣。本课题发现了一条共生菌的响应通路Nod2-LRRK2-Rip2-SGSM2-Rab2a，这条通路对潘氏细胞DCV中溶菌酶的分拣是必不可少的。本项目的研究工作揭示了潘氏细胞中一条调控货物分拣的遗传学通路，同时也揭示了共生菌通过调控货物分拣来促进肠道共生的机制。我们发现了共生菌调控货物分拣的遗传学通路，Nod2-LRRK2-Rip2-SGSM2-Rab2a, 并发现这条响应共生菌的通路有别于经典的响应病原菌通路（Nod2-Rip2-TAK1-NFKB)。而在潘氏细胞中唯有溶菌酶的分拣受肠道菌的调控，之前发现了炎症性肠病的病人中常见溶菌酶异常，暗示了这条通路有可能参与了炎症性肠病发生的病理。