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近年来，炎症性胃肠道疾病患病率上升，细胞外基质（ECM）在其中的作用未明。研究人员以沙门氏菌感染小鼠为模型，探究 ECM 重塑。发现感染后不同组织层 ECM 及纤连蛋白纤维张力变化不同，还找到新纤连蛋白裂解位点，为治疗提供新思路。
在人体这个复杂的 “小宇宙” 中，胃肠道扮演着极为重要的角色，它不仅是食物消化吸收的 “主战场”，更是人体抵御外界病菌入侵的关键防线。然而，近年来炎症性胃肠道疾病的患病率却如同坐了火箭一般直线上升，让人们的健康面临着巨大威胁。细胞外基质（ECM）作为胃肠道组织中的重要组成部分，就像一座稳固的 “大厦框架”，对维持组织的完整性、稳定性以及正常功能起着不可或缺的作用 。但令人遗憾的是，目前人们对它在胃肠道疾病发生发展过程中的具体作用机制，还知之甚少。这就好比在黑暗中摸索，找不到前进的方向。为了打破这一困境，来自瑞士苏黎世联邦理工学院（ETH Zurich）、丹麦技术大学（Technical University of Denmark）等机构的研究人员勇挑重担，开展了一项极具意义的研究，相关成果发表在《npj Biological Physics and Mechanics》上。
研究人员巧妙地运用了激光捕获显微切割（Laser Capture Microdissection，LCM）结合低样本量蛋白质组学技术，深入剖析了在沙门氏菌（Salmonella）驱动的肠道炎症过程中，ECM 的重塑情况。同时，他们还借助一种机械敏感肽探针，细致探究了纤连蛋白（Fibronectin）纤维张力的变化规律。在这个过程中，他们发现了许多令人惊喜的现象。
在健康的肠道组织里，纤连蛋白纤维就像一根根绷紧的琴弦，处于拉伸状态。然而，当小鼠感染沙门氏菌后，情况发生了戏剧性的变化。在感染后的短短数小时内，肠道平滑肌中的许多纤连蛋白纤维就像泄了气的皮球，失去了张力，尽管此时该区域并没有细菌存在。而在黏膜处，沙门氏菌在感染 12 小时后开始出现，纤连蛋白纤维的松弛却要到感染后期（72 小时）才会发生，并且这种松弛现象仅仅局限于已经存在浸润中性粒细胞的区域。通过 N 端组学（N-terminomics）技术，研究人员还在发炎的盲肠中发现了纤连蛋白上的三个新裂解位点。这些独特的、具有组织层特异性的分子组成变化以及 ECM 纤维张力改变，为我们打开了一扇新的大门，有望推动开发出对抗急性肠道炎症的新治疗策略。
为了开展这项研究，研究人员运用了多个关键技术方法。其中，激光捕获显微切割技术能够精准地分离出盲肠组织内特定的区域，为后续的蛋白质组学分析提供了高度特异性的样本。蛋白质组学技术则如同一个强大的 “探测器”，可以全面地分析不同组织层中蛋白质的表达变化。此外，研究人员还使用了一种机械敏感肽探针（FnBPA5），它能够像 “小卫士” 一样，准确地识别出处于松弛状态的纤连蛋白纤维，帮助研究人员了解纤连蛋白纤维张力的变化情况。
下面让我们详细看看研究的具体结果：
- 健康与严重发炎小鼠盲肠的空间蛋白质组学分析：研究人员利用 LCM 结合高灵敏度的基于液相色谱 - 串联质谱（LC-MS/MS）的蛋白质组学技术，对健康和发炎小鼠的盲肠组织进行了深入分析。他们发现，通过该技术成功检测到 7668 种蛋白质，并且不同组织层（黏膜和肌层）在健康和发炎状态下的蛋白质表达存在显著差异。例如，在发炎的黏膜中，检测到 56 种特有的蛋白质，而在发炎的肌层中则有 124 种 。这些蛋白质大多与免疫反应相关，这表明在炎症过程中，不同组织层的免疫反应存在差异。
- 蛋白质丰度的组织层特异性变化：在感染沙门氏菌引发炎症后，不同组织层的蛋白质丰度发生了明显变化。在黏膜中，与炎症反应相关的蛋白质（如 Sting1 和 Stat1）显著上调，而与代谢相关的蛋白质（如 Ass1 和 Auh）则大幅下调，这清晰地表明炎症会导致黏膜的代谢发生转变。同时，中性粒细胞相关蛋白和淋巴细胞抗原 6 家族成员 A（Ly6a）的上调，也反映出中性粒细胞在该组织区域的大量浸润。在肌层中，虽然白细胞特异性整合素没有明显上调，但脂肪酸代谢相关蛋白下调，且与黏膜类似的炎症反应通路被激活。此外，还发现一些在两个组织层都有差异调节的蛋白质，如纤维蛋白原 β 链（Fgb）上调，硒结合蛋白 1（Selenbp1）下调。
- 纤连蛋白纤维张力的变化：研究人员利用 FnBPA5 肽对健康和发炎肠道中纤连蛋白纤维的构象状态进行了研究。在健康的盲肠组织中，几乎不存在低张力状态的纤连蛋白纤维 。但在感染沙门氏菌后，肌层的纤连蛋白纤维张力在早期就急剧下降，24 小时时就能观察到明显的 FnBPA5 染色信号增强。而黏膜中的纤连蛋白纤维张力则在感染后期才下降，到第 3 天才出现明显的 FnBPA5 信号增强，且主要集中在中性粒细胞簇附近。
- 纤连蛋白纤维松弛与中性粒细胞的关系：研究发现，中性粒细胞簇的出现与黏膜中纤连蛋白纤维的松弛在空间上存在紧密联系，但在时间上并不完全同步。在感染第 2 天，中性粒细胞大量浸润黏膜，但此时纤连蛋白纤维松弛现象并不明显；到第 3 天，中性粒细胞簇成熟，纤连蛋白纤维松弛才显著增加。这表明中性粒细胞可能直接或间接地参与了纤连蛋白纤维的松弛过程。通过对 FnBPA5 阳性区域的空间蛋白质组学分析，研究人员还发现氨基肽酶 N（Apn）和腱生蛋白 C（tenascin C）在这些区域显著上调，这进一步揭示了该区域的 ECM 重塑情况。
- 纤连蛋白的裂解位点：研究人员运用末端胺同位素标记底物（TAILS）技术对健康和发炎盲肠组织进行分析，发现了纤连蛋白在发炎盲肠中存在 3 个新的裂解位点，分别位于纤连蛋白 III 型结构域 6 和 17。这些新裂解位点的发现，为深入理解纤连蛋白在炎症过程中的变化机制提供了重要线索。
在讨论部分，研究人员对这些发现进行了深入思考。他们认为，不同组织层在炎症反应中的差异表达蛋白质以及独特的 ECM 重塑模式，为研究胃肠道疾病的发病机制提供了新的视角。例如，在肌层中纤连蛋白纤维张力的早期下降可能与器官收缩以及特定蛋白酶的作用有关；而在黏膜中，中性粒细胞簇附近纤连蛋白纤维的松弛则暗示了局部蛋白酶活性的变化及其潜在的功能影响 。此外，虽然目前还无法确定这些纤连蛋白纤维张力变化的具体功能后果，但这无疑为后续研究指明了方向。
总的来说，这项研究就像一把精准的手术刀，深入剖析了沙门氏菌感染过程中盲肠蛋白质组和 ECM 的动态变化，为我们理解胃肠道炎症的发病机制提供了宝贵的信息。同时，它也为未来开发针对感染性疾病的治疗策略奠定了坚实的基础，让我们在攻克炎症性胃肠道疾病的道路上迈出了重要的一步。
