肠道粘膜屏障在溃疡性结肠炎发病机制方面的研究

Ulcerative colitis (UC) is a chronic inflammatory disorder, resulting from abnormal interaction between colonic microbiota and mucosal immune cells in a genetically susceptible host. While the mechanisms leading to this interaction remain to be defined, increasing evidence support that impaired O-glycosylation of the intestinal mucus layer plays a pivotal role. The intestinal mucus gel layer that overlies the gut epithelium functions as the intestinal barrier to prevent intestinal microflora from encountering intestinal mucosal immune cells. The mucus layer consists primarily of mucins that are heavily O-glycosylated. About 80% of mucin mass consists of O-glycans. Core 1-derived O-glycans are a major subtype of O-glycans in the intestine. The biosynthesis of this subtype of O-glycans is controlled by core 1β1, 3-galactosyltransferase (C1galt1). Our recent studies demonstrate that mice lacking core 1-derived O-glycans develop spontaneous colitis resembling UC, due to impaired mucus barrier function. However, how O-glycans mediate mucus barrier function remains unclear. In this proposal, we will: 1) determine whether O-glycans defecient mucins are susceptible to proteolytic degradation; 2) investigate Cosmc mutations as a mechanism for impaired O-glycosylation in UC patients; This study will provide novel insights into the etiology of UC and may lead to a new and safer therapy.

溃疡性结肠炎（Ulcerative colitis, UC）是一种以慢性、反复发作为特征的结肠炎。越来越多的研究证明肠道粘液屏障受损在UC发病中起重要作用。肠道粘膜上皮细胞表面覆盖有粘液层，是履行粘膜屏障功能的主要角色，其主要成分为粘蛋白，80％的粘蛋白是由O型聚糖构成的。我们用基因敲除技术构建了肠道O型聚糖缺失的小鼠模型，发表的研究结果表明O型聚糖是肠道粘液屏障的主要成分，其合成异常会导致肠道粘液屏障缺乏而致自发性结肠炎，与人类UC极其类似。这些创新性的成果揭示了O型聚糖在结肠炎发生中的重要作用，然而O型糖基化保护肠道粘液屏障的机制尚不清楚。本研究将明确O型糖基化保护肠道粘液屏障功能的机制，探讨O型聚糖合成的基因突变与UC发生与疾病活动的关系,为UC提供新的诊断与治疗靶点。

溃疡性结肠炎(Ulcerative colitis, UC)是一种以慢性、反复发作为特征的结肠炎。肠道粘膜上皮细胞表面覆盖有粘液层，其主要成分为粘蛋白，80%的粘蛋白是由O型聚糖构成的。我们的前期研究结果表明O型聚糖是肠道粘液屏障的主要成分，其合成异常会导致肠道粘液屏障缺乏而致自发性结肠炎。我们用基因敲除技术构建了肠道O型聚糖缺失的小鼠模型，主要研究内容包括：core 1 和core 3衍生的O-聚糖共同维持结肠中粘液屏障功能的作用机制以及肠道粘蛋白型O-糖基化缺陷与肠炎相关结直肠癌发生的机理研究。本研究结果发现控制core 1衍生的O-聚糖合成的C1galt1的基因在整个结肠均有表达，而控制core 3衍生O-聚糖合成的C3GnT的基因主要在近端结肠中表达。相比肠道上皮细胞特异缺乏core 1 衍生O-聚糖表达（IEC C1galt1-/-）的小鼠，core 1 和core 3 衍生的O-聚糖均缺乏（DKO）小鼠有更严重的自发性结肠炎且伴有肠道组织中Tn表达上调，而C3GnT-/-及野生型小鼠均未见自发性结肠炎的发生。IEC C1galt1-/- 和DKO小鼠都可自发性地形成结直肠肿瘤，但DKO小鼠发生肿瘤的时间（8-9月龄）比IEC C1galt1-/-（15月龄）更早。使用抗生素杀灭肠道菌群可以减少DKO小鼠结肠炎及结直肠肿瘤的发生率，却并不能下调Tn抗原的表达。与正常对照小鼠相比，DKO小鼠中不仅表达活化的caspase 1且伴有caspase 11表达水平上调，而使用抗生素处理可使其表达水平下调。此外，DKO小鼠肠道组织上清提取液中白介素1β和白介素18表达上调。与DKO小鼠相比，额外敲除caspase 1和caspase 11基因 (DKO/Casp1/11-/-)可以降低结肠炎及结肠肿瘤的发生率。本研究结果表明肠道core 1 和core 3衍生的O-聚糖的表达障碍破坏了结肠粘液屏障的完整性，继而肠道菌群可穿过粘液屏障激活小鼠结肠上皮细胞中caspase 1依赖的炎症小体，引起慢性溃疡性结肠炎和结肠炎相关结直肠癌。这些创新性的成果揭示了O型聚糖在UC和肠炎相关结直肠癌发生中的重要作用，为UC和肠炎相关结直肠癌提供新的诊断与治疗靶点。