洛桑大学：c-MAF协调肠细胞分带和养分吸收转录程序

背景

肠上皮不断再生，替代受损细胞，确保营养和水分的吸收。隐窝内的肠道干细胞产生肠细胞，负责营养吸收；潘氏 (Paneth)细胞，产生抗菌肽和蛋白质；分泌激素的产生粘液的杯状细胞、簇状细胞和肠内分泌细胞。肠上皮再生受阻是抗癌治疗的常见且严重的副作用。

简介

2022年9月19日，来自瑞士洛桑大学的Tatiana V. Petrova及其团队在J Exp Med (IF: 11.743)杂志上发表名为c-MAF coordinates enterocyte zonation and nutrient uptake transcriptional programs的研究[1]。

研究要点

小肠绒毛是高等脊椎动物中存在的结构和功能单位，独特地适应营养吸收。绒毛肠细胞被组织在转录“区”专用于特殊任务，如吸收特定的营养物质。我们报道，转录因子c-MAF在分化的下绒毛和中绒毛肠细胞中表达，是BMP信号传导的一个靶点。Maf失活通过增加碳水化合物相关转录物，同时抑制与氨基酸和脂质吸收相关的转录物，干扰绒毛分带程序。在Maf损失时，细胞质脂滴的形成 (将饮食脂肪穿梭至乳糜微粒)受损，表明其在饮食脂质处理中的作用。稳态条件下的Maf灭活使毛簇细胞扩增，导致代偿性肠道延长，防止体重减轻。然而，延迟的Maf-/-肠细胞成熟会损害急性肠损伤后的体重恢复，从而导致存活率降低。我们的结果确定c-MAF是肠绒毛带化程序的调控因子，同时强调干/祖细胞和分化程序之间的协调对于肠再生的重要性。

主要结果

c-MAF是在小肠肠上皮细胞中表达的BMP靶点

Maf在鼠眼、脾、脂肪、卵巢、肌肉、膈肌、肾和小肠中高度表达 (图1 A)。为了鉴定肠道中表达MAF的细胞，我们对肠道切片进行c-MAF蛋白染色，并分析分选的EPCAM+/CD44+祖细胞和成熟的EPCAM+/CD44-肠细胞中的Maf水平。我们在成熟绒毛CD44肠细胞中观察到高水平的Maf mRNA和蛋白，但在CD44+祖细胞或分泌细胞中未观察到 (图1B-E)。在小鼠肠上皮单细胞RNA测序 (scRNAseq)数据集中证实了分化肠细胞中的Maf表达 (图1 E)。沿肠道，c-MAF蛋白在小肠肠细胞中高度表达，而c-MAF蛋白在结肠上皮中水平较低。

图1. c-MAF表达于小肠肠上皮细胞并在分化时被诱导

Maf缺失扰乱肠细胞分带转录程序

为了研究肠上皮c-MAF的作用，我们生成了Maf flox/flox；Villin-CreERT2小鼠 (MafIECKO)，其中他莫昔芬给药导致整个肠上皮中的Maf失活。尽管c-MAF蛋白和mRNA丢失，其他MAF家族成员无代偿性增加 (图2A和B)，但分别通过KRT20染色和隐窝EdU+上皮细胞分析确定，肠细胞分化和干细胞增殖均未受到影响 (图2C)。MafIECKO小鼠和WT同窝仔鼠的体重相当 (图2D)，表明总体上未改变的养分吸收能力。

图2. 成人肠上皮细胞Maf的缺失改变了它们的转录分带程序

令人惊讶的是，Maf的缺失使位于绒毛末端v5区的许多转录物减少，而在V5区Maf水平较低。我们观察到Apoa4下调，这是乳糜微粒和嘌呤分解代谢基因Nt5e、Ada、Npp3、a n d Slc28a2组装所需要的。与mRNA分析一致，APOA4和NT5E蛋白在MafiECKO小鼠绒毛顶端显著降低 (图2M和N)。我们还通过定量PCR (qPCR；图3 A)。这些数据表明，向绒毛末端迁移的Maf-/-肠细胞无法进行进一步的特化。

图3. 成人肠上皮中Maf缺失后膳食脂质处理的改变

上皮Maf损失阻碍急性肠损伤后的恢复

由于稳态条件下Maf的丧失会导致肠道适应，因此我们检测了上皮Maf失活是否会影响对急性肠道损伤的反应。服用抗代谢药甲氨蝶呤 (MTX)会耗尽增殖祖细胞，导致绒毛退化、短暂吸收不良和体重减轻。肠上皮由柱状基底干细胞迅速再生，从而恢复治疗前的体重。直至第3天，MTX处理的WT和MafIECKO小鼠显示出相似的体重下降 (图5 A)。正如预期，在损伤峰值后，在WT小鼠中观察到了体重恢复。然而，MafIECKO小鼠未能增加体重，导致动物存活率下降 (图5 A)。

在WT小鼠中，MTX治疗降低了上皮c-MAF表达，在再生期恢复 (图5 B)。由于MTX治疗的靶标是增殖细胞，因此我们通过Ki67染色分析了恢复期的上皮细胞。与该室中没有c-MAF的情况一致 (图1B)，我们没有观察到WT和MafIECKO小鼠之间再生隐窝增殖的差异 (图5 C)。通过KRT20染色测定的Il6、Tnfa、Ifng、Il1b、Cd45、绒毛再生或肠上皮分化的表达评估的肠道炎性反应在WT与MafIECKO小鼠中相似。然而，与WT动物相比，在MafIECKO小鼠中，MTX后第6天ANPEP (图5D)水平降低。与SS不同的是，与WT小鼠相比，MTX处理的MafIECKO小鼠的小肠毛簇细胞明显更少，肠道长度更短 (图5E和F)。这些结果表明，由于再生上皮的营养转运能力减弱以及无法生成毛簇细胞介导的代偿性肠延长，Maf损失会损害急性肠上皮损伤后的恢复。

图5. Maf 损失后营养转运蛋白的缺陷表达和毛簇细胞的扩增会阻碍抗代谢物治疗后的恢复

结论及展望

总而言之，我们的研究揭示了c-MAF在维持肠细胞分带和饮食脂质稳态方面的新进化保守作用。本研究还强调了c-MAF在促进急性肠损伤后分化的上皮细胞恢复方面的机制作用，并显示了分化的肠上皮细胞和毛簇细胞之间的串扰对于促进长期肠道适应的重要性。

原文链接

https://rupress.org/jem/article-abstract/219/12/e20212418/213478/c-MAF-coordinates-enterocyte-zonation-and-nutrient?redirectedFrom=fulltext

转自：“生物医学科研之家”微信公众号

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