TLR4相关尿路上皮细胞集体滑行反应：一种新型膀胱免疫防御机制

本研究针对膀胱如何抵御病原体和肿瘤细胞侵袭这一关键科学问题，揭示了尿路上皮细胞通过Toll样受体4(TLR4)识别免疫原性物质后，激活整合素信号通路，引发集体细胞迁移(UCCM)——被命名为尿路上皮集体滑行反应(UCGR)。研究人员发现基质金属蛋白酶(MMP)-8和MMP-9是UCGR的关键介质，增强UCGR可显著抑制膀胱肿瘤生长和细菌感染。这项发表于《iScience》的研究为治疗难治性膀胱炎和膀胱癌复发提供了全新治疗策略。

　　

膀胱作为重要的储尿器官，时刻面临着细菌感染和肿瘤发生的威胁。尽管已知膀胱黏膜免疫包含抗菌肽、分泌型免疫球蛋白和免疫细胞等多重防御成分，但当尿路上皮接触免疫原性物质时，其本身如何响应并参与防御过程的机制仍不明确。特别是在识别病原体相关分子模式后，尿路上皮细胞是否以及如何通过特定细胞行为直接参与防御，是该领域亟待解决的重要问题。

针对这一科学问题，张宁、佐野健志等研究团队在《iScience》发表了创新性研究成果。他们发现当膀胱暴露于免疫原性物质（包括膀胱癌细胞MB49、尿路致病性大肠杆菌UPEC等）时，尿路上皮细胞会发生一种新型的集体细胞迁移(UCCM)，研究团队将其命名为"尿路上皮集体滑行反应(UCGR)"。这种细胞运动行为不同于以往报道的任何上皮细胞迁移模式，它不依赖于损伤修复过程，而是由Toll样受体4(TLR4)识别免疫原性物质后直接触发。

为深入解析这一现象，研究人员运用了多项先进技术方法：通过双光子激发显微镜(TPEM)进行膀胱 intravital 实时成像，观察细胞动态行为；建立正交异位膀胱癌小鼠模型（使用MB49和UMUC-3细胞系）和泌尿系感染模型（使用J96 UPEC菌株）；采用批量RNA测序技术进行转录组分析；通过蛋白质组学方法鉴定关键因子；利用流式细胞术分析免疫细胞群体；并结合超声波成像和生物发光成像等技术进行功能验证。

研究结果首先证实了UCGR的现象学特征。通过 intravital 成像，研究人员观察到在肿瘤 bearing 小鼠膀胱中，尿路上皮细胞以约40μm/h的速度进行定向集体迁移，且这种迁移发生在细胞外基质(ECM)之上，而内皮细胞保持静止（图1C）。细胞轨迹追踪显示相邻细胞迁移方向一致，表明这是一种协调的集体运动（图1E-H）。

在机制探索方面，研究发现UCGR主要依赖于FAK/Src通路，部分依赖于ERK通路。使用Src抑制剂dasatinib或FAK抑制剂PF-573228可显著降低UCGR速度达70%以上（图2A-B），而MEK抑制剂PD0325901也使速度降低约50%，表明整合素信号通路在UCGR中起核心调控作用。

功能实验揭示了UCGR的防御意义。抑制UCGR显著促进了MB49肿瘤生长（图3B-D）和UPEC膀胱感染（图5D），但在皮下肿瘤模型中，相同的抑制剂却表现出抑瘤效果，说明UCGR的防御作用具有膀胱特异性。RNA-seq分析显示，UCGR与先天免疫应答、细胞迁移等通路密切相关（图4E-H），特别是TLR4信号通路的激活。

进一步机制研究表明，TLR4及其下游分子MyD88是UCGR启动的关键。TLR4选择性抑制剂TAK-242能显著抑制由MB49、LPS和UPEC诱导的UCGR（图6C），MyD88抑制剂TJ-M2010-5也产生类似效果（图6D），证实了TLR4-MyD88信号轴在UCGR initiation中的核心地位。

通过蛋白质组学和转录组学分析，研究人员鉴定出MMP-8和MMP-9是UCGR的关键效应分子。这些分子在UCGR状态下特异性上调（图7A-B），且蛋白互作网络显示它们与上皮细胞迁移调控因子密切关联（图7C）。功能实验证实，膀胱内灌注重组MMP-8或MMP-9可直接诱发UCGR（图7E-H），并增强UCGR速度（图8A，E），进而抑制肿瘤生长（图8B-D）和细菌感染（图8F）。

研究结论表明，尿路上皮集体滑行反应(UCGR)是一种新型的TLR4相关防御机制，通过整合素信号通路和MMP-8/MMP-9介导，对膀胱肿瘤发生和细菌感染具有重要抑制作用。这一发现不仅深化了对膀胱黏膜免疫的理解，更重要的是为临床治疗提供了新思路：通过调控UCGR，可能为难治性膀胱炎和膀胱癌术后复发提供新的治疗策略。值得注意的是，这是首次报道成熟上皮细胞通过受体识别介导的集体迁移作为一种防御机制，可能代表了一种普遍存在的上皮防御模式，对其他器官系统的防御机制研究具有重要启示意义。

研究的局限性包括目前仅在雌性小鼠中验证了UCGR现象，由于解剖限制尚未在雄性小鼠中证实；TLR4激活如何具体连接至整合素信号通路的分子机制尚不完全清楚；UCGR清除病原体的精确机制也有待进一步阐明。此外，该现象是否存在于人类膀胱中，由于当前技术限制尚未可知，需要开发更先进的成像技术来验证。