中性粒细胞Irg1/衣康酸轴通过抑制局部炎症与维持造血稳态保护实验性结肠炎

《Molecular Biomedicine》：Neutrophil Irg1/itaconate axis protects against experimental colitis by suppressing local inflammation and maintaining hematopoietic homeostasis

本研究针对炎症性肠病(IBD)治疗困境，探讨了中性粒细胞来源的免疫应答基因1(Irg1)及其代谢产物衣康酸在实验性结肠炎中的保护作用。研究人员发现Irg1缺失会加剧结肠炎严重程度并破坏造血稳态，而外源性衣康酸衍生物4-OI能有效缓解肠道炎症、降低反向迁移中性粒细胞(rM-ed neutrophils)水平并恢复造血平衡，为IBD治疗提供了新的靶点和策略。

　　

炎症性肠病(IBD)是一种慢性复发性肠道炎症性疾病，主要包括克罗恩病(CD)和溃疡性结肠炎(UC)，其特征是肠道屏障功能受损、免疫细胞异常浸润和持续炎症反应。当前治疗方法效果有限，患者常伴有贫血等肠外症状，迫切需要新的治疗靶点。近年来，免疫应答基因1(Irg1)及其代谢产物衣康酸作为重要的内源性抗炎因子受到关注，但其在IBD中的细胞来源和作用机制尚不明确。

为探索这一问题，赵娜等人在《Molecular Biomedicine》上发表了题为"Neutrophil Irg1/itaconate axis protects against experimental colitis by suppressing local inflammation and maintaining hematopoietic homeostasis"的研究论文。研究人员通过单细胞RNA测序等技术，系统阐述了中性粒细胞来源的Irg1/衣康酸轴在实验性结肠炎中的保护作用及机制。

研究主要采用了以下关键技术方法：利用3%葡聚糖硫酸钠(DSS)建立小鼠实验性结肠炎模型；通过10x单细胞RNA测序分析结肠组织细胞图谱；使用抗Ly6G抗体进行中性粒细胞清除实验；运用流式细胞术分析造血干细胞祖细胞(HSPCs)分化和中性粒细胞亚群；采用4-辛基衣康酸(4-OI)进行干预治疗；通过RNA测序技术探讨4-OI对LPS刺激中性粒细胞的转录组调控机制。

Irg1在实验性结肠炎模型中主要在中性粒细胞中上调表达

单细胞RNA测序分析显示，在DSS诱导的急性结肠炎组织中，Irg1主要高表达于中性粒细胞，仅有少量表达于巨噬细胞。免疫荧光双标染色证实IRG1蛋白与中性粒细胞标志物S100A8共定位，而与巨噬细胞标志物F4/80共定位较少。进一步分析发现Irg1与成熟活化中性粒细胞标志物S100a8、Cxcl2和Cxcr2等同步高表达，表明Irg1主要在结肠炎炎症部位的成熟活化中性粒细胞中诱导上调。

Irg1缺失加重小鼠结肠炎并增强中性粒细胞浸润

与野生型(WT)小鼠相比，Irg1基因敲除(KO)小鼠在DSS诱导的结肠炎中表现出更明显的体重减轻、更高的疾病活动指数(DAI)评分和更短的结肠长度。组织病理学分析显示KO小鼠结肠溃疡面积更广，炎症细胞浸润更严重。ELISA和qRT-PCR检测发现KO小鼠结肠组织中IL-1β、IL-6、G-CSF和CXCL1等炎症因子水平显著升高。流式细胞术分析表明Irg1缺失增加了结肠组织中成熟活化中性粒细胞(Ly6G^hiCXCR4^lo)的比例，减少了衰老中性粒细胞(Ly6G^hiCXCR4^hi)的比例。

中性粒细胞清除在WT小鼠中加重结肠炎但在Irg1 KO小鼠中减轻炎症

使用抗Ly6G抗体清除中性粒细胞后，WT小鼠结肠炎症状加重，表现为更明显的体重减轻、结肠缩短和组织损伤。相反，在Irg1 KO小鼠中，中性粒细胞清除反而减轻了结肠炎严重程度，改善了体重减轻和结肠缩短。这一结果突显了Irg1/衣康酸轴对于中性粒细胞在结肠炎中发挥保护作用的关键性。

Irg1缺失导致结肠炎小鼠中GMP和MEP的补偿性分化改变

外周血分析显示Irg1缺失加剧了结肠炎引起的白细胞(WBC)和中性粒细胞升高以及贫血表型。令人意外的是，骨髓造血祖细胞分析显示，与WT结肠炎小鼠相比，KO小鼠骨髓中粒细胞-单核细胞祖细胞(GMP)的比例和数量显著减少，而巨核细胞-红细胞祖细胞(MEP)的比例和数量相对增加。这种外周血细胞与骨髓祖细胞之间的看似矛盾的结果表明，Irg1缺失引起的更严重炎症反应可能触发了反馈机制，导致造血祖细胞分化发生适应性改变。

Irg1缺失增加实验性结肠炎期间外周血和骨髓中的rM-ed中性粒细胞

流式细胞术分析发现，Irg1缺失显著增加了外周血和骨髓中反向迁移中性粒细胞(rM-ed neutrophils，ICAM-1^hiCXCR1^lo)的比例。这些rM-ed中性粒细胞表现出更高的CD11b和更低的CD62L表达水平，符合活化中性粒细胞表型。结果表明Irg1缺失导致更多rM-ed中性粒细胞从炎症部位返回循环系统，可能与观察到的更严重系统性炎症和造血稳态破坏表型密切相关。

4-辛基衣康酸治疗缓解实验性结肠炎

外源性衣康酸衍生物4-OI治疗显著改善了DSS诱导的结肠炎，表现为体重减轻减缓、DAI评分稳定、结肠长度恢复和组织病理损伤减轻。4-OI治疗降低了结肠组织中成熟活化中性粒细胞比例，增加了衰老中性粒细胞比例，同时减少了结肠组织和血清中IL-1β和IL-6等促炎细胞因子水平。

4-辛基衣康酸治疗促进实验性结肠炎中造血稳态的恢复

4-OI治疗显著降低了外周血中升高的WBC和中性粒细胞计数，缓解了贫血表型。骨髓分析显示4-OI治疗逆转了结肠炎引起的髓系偏向分化，使GMP比例和数量恢复正常水平，并完全缓解了MEP分化的抑制。同时，4-OI治疗显著降低了外周血和骨髓中rM-ed中性粒细胞水平，恢复了中性粒细胞CD11b和CD62L表达至正常水平。

RNA测序揭示4-OI通过调节多通路抑制LPS诱导的中性粒细胞炎症反应

RNA测序分析显示，4-OI处理显著抑制了LPS刺激中性粒细胞中炎症相关基因的表达。基因集富集分析(GSEA)表明4-OI下调了先天免疫应答、经典NF-κB信号转导、IL-8产生正调控等炎症相关通路。同时，4-OI抑制了内吞作用、吞噬作用和相关基因表达，并降低了rM-ed中性粒细胞相关基因的表达水平。

研究结论与讨论部分归纳了该研究的重要意义。该研究首次明确了中性粒细胞是实验性结肠炎中Irg1/衣康酸轴的主要细胞来源，揭示了该轴在肠道炎症保护和系统性造血稳态维持中的关键作用。在肠道损伤部位，Irg1/衣康酸轴决定了中性粒细胞发挥保护性功能；在系统性炎症反应方面，该轴可能通过抑制rM-ed中性粒细胞水平减轻造血失调。从转化医学角度，外源性4-OI治疗不仅能缓解局部肠道炎症，还能促进骨髓造血稳态恢复，表明衣康酸及其衍生物是IBD治疗的潜在靶点，具有广阔的临床应用前景。

值得注意的是，4-OI对中性粒细胞内吞、吞噬和脱颗粒等功能的抑制可能在发挥抗炎作用的同时增加感染扩散风险，这在治疗应用中需谨慎评估。未来研究需要进一步阐明Irg1缺失导致rM-ed中性粒细胞增加的机制，以及rM-ed中性粒细胞归巢至骨髓后对造血系统的精确功能影响。

该研究由陆军军医大学（第三军医大学）联合损伤研究所、纳米医学重庆市工程研究中心和预防军事医学系的研究团队完成，得到了国家自然科学基金和中国博士后科学基金等项目的支持，为理解IBD发病机制和开发新的治疗策略提供了重要理论基础和实验依据。