结肠炎症重塑肠道昼夜节律景观：上皮细胞时钟与调节性T细胞动态的互作机制

本研究揭示了结肠炎症通过调控肠道上皮细胞(IEC)核心时钟基因Bma/1，显著重塑肠道转录组节律性和微生物群振荡，并首次发现炎症微环境中结肠固有层调节性T细胞(Treg)呈现昼夜动态变化。该研究为炎症性肠病(IBD)的时序治疗策略提供了重要理论依据。

　　

在人体这个精密的生物系统中，肠道犹如一个永不停歇的化学工厂，其运作受到内在生物钟的严格调控。这个24小时周期的计时系统不仅影响着我们的睡眠-觉醒周期，更在肠道健康中扮演着关键角色。然而，当炎症性肠病(IBD)这个"不速之客"侵袭肠道时，这套精密的计时系统就会被打乱。科学家们长期困惑于：肠道炎症如何影响局部生物钟？而生物钟的紊乱又会如何反作用于炎症进程？

英国曼彻斯特大学生物定时研究中心的Thomas D. Butler等研究人员在《iScience》发表的研究，如同一位精准的钟表匠，细致拆解了肠道炎症与生物钟的复杂互动机制。他们发现，结肠炎症会迅速"干扰"肠道上皮细胞的生物钟"齿轮"，同时却让免疫系统的"和平卫士"——调节性T细胞(Treg)展现出前所未有的昼夜节律。这一发现为理解IBD的发病机制提供了全新视角，也为开发基于生物钟的治疗策略奠定了理论基础。

研究人员运用了多项关键技术：通过Villin-Cre系统构建肠道上皮细胞特异性Bma/1基因敲除小鼠模型；采用16S rRNA测序分析微生物组昼夜动态；利用流式细胞术检测免疫细胞亚群；建立DSS诱导的结肠炎模型评估炎症程度；通过RNA测序解析全转录组节律变化；开发Nr1d1:Stop^fl/flLuc报告小鼠实时监测时钟基因活性。

Colonic inflammation modulates the intestinal circadian landscape

炎症直接干扰肠道上皮细胞时钟

研究人员设计精巧的实验方案，通过在不同昼夜节律时间点(ZT)启动右旋糖酐硫酸钠(DSS)诱导的结肠炎，确保所有样本经历完全相同的炎症持续时间。这种严格的时间控制揭示了一个重要现象：虽然炎症严重程度不受诱导时间影响，但肠道通透性呈现明显昼夜变化，在动物休息期(ZT0-ZT6)显著升高。更令人惊讶的是，炎症细胞因子如Cxc/5和Tnfa的表达也呈现时间依赖性波动，提示炎症活动本身具有昼夜节律特征。

通过独创的IEC-Reverba^luc报告小鼠模型，研究人员捕捉到炎症对生物钟的"闪电战"——仅需1天DSS处理就显著减弱了REV-ERBα的昼夜振荡，3天后这种抑制更为明显。这解释了为何在7天结肠炎模型中，虽然核心时钟基因Bma/1、Reverba、Per2和Cry1仍保持统计学节律，但其振幅已严重衰减。

上皮细胞时钟重塑肠道生态

为剖析肠道上皮细胞(IEC)时钟的功能，研究人员构建了IEC特异性Bma/1敲除小鼠。这些小鼠看似正常，没有明显的代谢或行为异常，但其结肠转录组却发生了深刻变化。RNA测序显示，虽然全局差异表达基因仅占1.2%，但有43%的节律性基因(共2995个)发生了改变，其中1047个基因完全丧失节律性。

通路分析揭示这些变化集中在关键生物学过程：节律性丢失基因富集于核糖体和氧化磷酸化通路；差异下调基因则与IBD、抗原呈递和IgA生成网络相关。特别值得注意的是紧密连接蛋白Cldn8的表达上调且节律性消失，这可能是肠道屏障功能昼夜波动的基础。

微生物组分析显示，正常小鼠27%的操作分类单元(OTU)呈现昼夜波动，而IEC-Bma/1^-/-小鼠这一比例骤降至13%。乳杆菌(Lactobacillus)和颤螺菌(Oscillibacter)等有益菌的节律性尤其受影响。引人深思的是，这种改变发生在摄食模式未变的情况下，表明IEC时钟独立于摄食行为调控微生物组节律。

意料之外的结肠炎抗性

令人意外的是，尽管IEC-Bma/1缺失显著改变了肠道转录组和微生物组节律，这些小鼠对DSS诱导的结肠炎敏感性却与对照无异。不过，血清细胞因子谱显示微妙差异：IEC-Bma/1^-/-小鼠的IL-6升高幅度仅为对照的50%，而IL-1β升高更显著，提示上皮细胞时钟可能通过调节特定炎症通路影响系统性免疫反应。

Treg的昼夜之舞

研究最引人入胜的发现是炎症环境中Treg的动态变化。在正常结肠中，Treg数量稳定无波动；而DSS诱导炎症后，结肠固有层Treg数量突然呈现强劲昼夜节律，在动物活跃期(ZT12)达到峰值。这种节律与上皮细胞时钟无关，因为在IEC-Bma/1^-/-小鼠中依然存在。

进一步分析显示，炎症期Treg不仅数量波动，其活性也呈昼夜变化：增殖标志物Ki-67和共刺激分子ICOS在ZT12表达最高。通过DEREG小鼠分离Treg进行时钟基因检测，研究人员首次证实肠道固有层Treg具有功能性分子时钟，而肠系膜淋巴结Treg则无此特性，揭示Treg的时钟特性具有组织特异性。

研究启示与展望

这项研究描绘了一幅肠道炎症与生物钟相互作用的精细图谱：炎症迅速抑制上皮细胞时钟功能，同时"唤醒"了免疫细胞的昼夜节律。这种双向调控既解释了IBD患者常见的生物钟紊乱现象，也为时序治疗提供了新靶点。

特别值得注意的是，虽然上皮细胞时钟对维持肠道稳态至关重要，但在急性炎症中可能并非决定性因素。相反，Treg等免疫细胞的自主节律可能扮演更关键的保护角色。这提示未来IBD治疗可能需要"分时施策"——在炎症活跃期增强免疫调节，在修复期促进上皮再生。

研究还留下若干待解之谜：Treg节律是否依赖特定微生物信号？时钟蛋白如REV-ERBα能否成为IBD治疗靶点？这些问题的解答将进一步推动"时间医学"在IBD领域的应用。随着对肠道生物钟认识的深入，也许不久的将来，医生们能够根据患者内在的生物节律，制定个性化的给药方案，让治疗事半功倍。