肠胶质细胞交互网络：从支持功能到稳态调控的核心机制与靶向策略

《Genes & Diseases》：Enteric glial cell interaction network: Core mechanisms and targeting strategies from support function to homeostasis regulation

　　

肠胶质细胞（EGCs）曾被视为被动的支持细胞，如今已被公认为通过分子和细胞相互作用调控胃肠道疾病的关键调节因子。近期研究揭示了EGCs在形态学、转录组学和功能水平上存在显著的异质性。EGCs可大致分为以胶质细胞源性神经营养因子（GDNF）高表达为特征的保护性亚群和以S100钙结合蛋白B（S100β）表达为标志的促炎性亚群。这种功能二分法使EGCs成为肠道微环境中的信号整合枢纽。通过GDNF、IL-22和ICAM-1等介质，EGCs与神经元、上皮细胞和免疫细胞建立了双向通讯网络。在慢性炎症、应激或致癌信号作用下，EGCs发生情境依赖性的功能重塑，从保护性表型转变为促疾病表型。这种转变与结直肠癌、内脏超敏反应、术后肠梗阻和炎症性肠病相关。包括TLR4、P2X7、PPARγ、GDNF–转染期间重排（RET）轴和ICAM-1信号在内的多条信号通路已被确定为这一表型转换的关键调节因子。由于这些通路富集于特定的EGC亚群，它们代表了选择性治疗干预的有前景的靶点。本综述探讨了EGCs的异质性及其在神经-上皮-免疫轴内的多层次通讯。研究人员总结了当前靶向EGCs的药理学策略，包括选择性抑制致病性亚群、增强保护性功能以及阻断异常细胞间通讯。这些方法可能为胃肠道和神经免疫疾病提供新的治疗机会。

肠胶质细胞交互网络：从支持功能到稳态调控的核心机制与靶向策略——论文解读

一、研究背景与科学问题

肠道神经系统（ENS）作为外周神经系统最大的组成部分，主要由神经嵴细胞衍生而来，沿消化道形成连续的壁内神经元和胶质细胞网络。肠胶质细胞（EGCs）曾长期被认为仅为神经元提供代谢支持，但近二十年的研究证实，EGCs是肠道生理的活跃调节者，参与肠道运动调控、神经元可塑性调节、内脏感觉处理、上皮屏障完整性维持以及肠道免疫应答调节等多个方面。然而，尽管EGCs对肠道生理和病理的重要调节作用已被证实，研究人员对其功能的理解仍不完整。目前存在的问题主要包括：EGCs的功能异质性尚未被系统整合；EGCs与神经元、上皮细胞和免疫细胞之间的双向通讯网络架构尚待阐明；EGCs如何在稳态维持与疾病促进状态之间转换的分子机制不清；以及缺乏针对特定EGC亚群的精准治疗策略。因此，有必要建立一个整合细胞异质性、功能多样性和复杂交互网络的综合框架，以深入理解EGCs如何参与肠道及肠外疾病的发生发展，并为开发新型治疗策略提供理论基础。该论文发表于《Genes》。

二、主要技术方法

本研究为一篇综述论文，研究人员通过系统性文献检索和整合分析的方法，梳理了近年来关于EGCs的研究进展。关键技术方法包括：单细胞转录组学分析用于揭示EGCs的亚群多样性；空间转录组学和染色质可及性分析用于整合EGCs的空间分布和功能特征；体内动物模型（如脂多糖诱导的系统性炎症大鼠模型、慢性心理应激小鼠模型、结肠炎模型、术后肠梗阻模型、结直肠癌模型等）用于研究EGCs在不同病理条件下的功能重塑；体外共培养体系（如EGC-神经元共培养、EGC-上皮细胞共培养、EGC-ILC3共培养等）用于验证细胞间通讯机制；药理学干预实验用于评估靶向特定信号通路（如TLR4、P2X7、PPARγ、GDNF-RET、ICAM-1）的治疗效果。

三、研究结果

1. EGC异质性：功能性谱系与表型

EGCs是小星状细胞，在结构和形态上与大脑星形胶质细胞相似。目前最广泛接受的分类系统识别出四种主要亚型：I型EGCs高度分支分布于神经节内，调节神经元活性、氧化应激和神经炎症；II型EGCs为结间纤维细胞，沿神经纤维延伸，调节黏膜神经活动、屏障功能和信号传递；III型EGCs位于黏膜内，支持上皮稳态和修复，调节免疫应答；IV型EGCs位于平滑肌层内，可能在运动调节中发挥作用。在分子水平上，常用标记物GFAP、S100β、Sox10和PLP1的表达模式在不同区域和EGC亚型间差异显著。单细胞转录组学研究进一步揭示了EGCs的高度异质性，Zeisel等人发现了七个不同的EGC群体，Drokhlyansky等人识别出三个主要胶质细胞群体，Guyer等人将EGCs分为九个转录上不同的亚群。Windster等人提出了区分经典（RLBP1⁺）肠胶质细胞和施万样（MAL⁺）肠胶质细胞的二元分类，Muppirala等人则鉴定出一个对正常肠道运动至关重要的TACR3⁺肌层胶质细胞亚群。

2. EGC功能转换的时间动态

EGC表型具有高度动态性。在大鼠全身性脂多糖诱导的炎症模型中，注射后4小时即可观察到GFAP表达EGCs的快速激活，且此早期反应最初局限于肌间神经丛。注射后24小时，三个肠道区域的S100β表达均增加。相比之下，慢性心理应激需要在数周内持续升高的糖皮质激素水平才能诱导促炎性EGC亚群的出现，该过程抑制GDNF信号传导，损害ILC3来源的IL-22产生，最终破坏屏障完整性。

3. EGCs的核心功能：从营养支持到稳态调控

在生理条件下，EGCs通过多维调控机制维持正常的肠道生理，可分为三大功能领域。第一，EGCs通过多种介质（包括嘌呤、ATP和钙离子）与神经元通讯，维持ENS的结构和功能稳态，分泌睫状神经营养因子（CNTF）帮助维持肠黏膜神经纤维稳态。第二，EGCs作为肠道壁内的常驻免疫调节细胞，通过释放多种可溶性介质影响T细胞、巨噬细胞和肥大细胞等多种免疫细胞群体的活性。第三，EGCs发挥内分泌和屏障保护功能。GDNF是ENS发育和损伤后修复的中心诱导信号，脑源性神经营养因子（BDNF）和神经营养因子-3（NT-3）分别通过激活TrkB和TrkC受体调节神经元可塑性、存活和再生，S100β通过调节细胞外钙浓度直接协调肠神经网络兴奋性。在免疫和炎症调节层面，BDNF促进巨噬细胞向抗炎表型极化，而在术后肠梗阻等病理条件下，EGCs释放的促炎细胞因子IL-1β、IL-6和TNF-α直接促进神经炎症。在屏障保护方面，GDNF、BDNF和S-亚硝基谷胱甘肽（GSNO）直接增强上皮屏障功能。

4. EGCs在病理条件下的异常反应和疾病驱动作用

在肠道炎症和其他病理条件下，EGCs转变为反应性胶质细胞表型并增殖。S100β在坏死性小肠结肠炎、憩室病、炎症性肠病和帕金森病等多种病理条件下表达显著升高，并与疾病严重程度和活动性密切相关。在肿瘤微环境中，EGCs获得促肿瘤表型，通过PGE2/EP4/EGFR信号通路刺激结直肠癌干细胞，驱动肿瘤起始和进展。EGC介导的神经炎症还可能破坏帕金森病和肌萎缩侧索硬化症等肠外疾病的肠道运动和突触功能。

5. EGC-神经元相互作用：胶质细胞对神经回路的调控

在稳态维持中，EGCs为ENS神经元提供代谢和营养支持，通过连接蛋白-43通道释放ATP、γ-氨基丁酸、前列腺素等胶质递质调节神经元活性。GDNF通过转录因子ETV1促进ENS发育过程中氮能神经元标志物的产生。神经元与EGCs之间的通讯是高度双向的，例如神经元P2X7受体的激活可刺激肠神经元-EGC嘌呤能信号传导。在损伤反应中，EGCs通过分泌NGF、BDNF、GDNF和NT-3等神经营养因子促进神经元恢复，并表现出神经前体细胞的特征，可参与成人ENS中的胶质细胞生成和神经发生。雌激素受体β的选择性激活可促进肠神经元干/前体细胞分化为EGCs和神经元，而TGF-β信号对此过程具有抑制作用。在病理机制方面，ET-1/ETBR通路的激活抑制兴奋性胆碱能神经元同时增强抑制性氮能运动通路从而减慢肠道运动，LPAR1介导的信号驱动胶质细胞钙反应并调节神经元活性。心理压力通过糖皮质激素信号促进促炎性EGC亚群的出现并改变神经元亚型组成。在疼痛机制方面，EGCs释放PGE₂致敏TRPV1⁺伤害感受器，神经激肽A通过激活NK2R刺激TRPV1阳性伤害感受器，内源性大麻素系统通过单酰基甘油脂肪酶以性别依赖性方式调节炎症诱导的内脏超敏反应。

6. EGC-上皮细胞对话：屏障完整性的双向调控

EGCs通过多重互补机制主动创建和维护上皮完整性。EGCs释放的GDNF促进连接蛋白在上皮细胞边界的定位，GSNO对上皮功能至关重要。EGCs通过与肠嗜铬细胞的相互作用促进神经内分泌和上皮信号的整合，肠嗜铬细胞释放的5-HT激活表达5-HT受体的EGCs，进而刺激GDNF、GSNO等保护性介质的产生。EGCs还激活TGF-β信号通路增强上皮防御细菌入侵的能力。在病理条件下，克罗恩病中特定前列腺素代谢通路的缺陷降低了EGCs促进上皮修复的能力，感染和代谢应激可激活NLRP3炎症小体导致屏障破坏，肥胖中EGCs通过NLRP3-IL-1β轴发生促炎表型转化导致上皮通透性增加，选择性清除PLP1⁺ EGCs导致潘氏细胞功能障碍和肠道菌群失调。

7. 微生物群-EGC互作在屏障稳态中的作用

共生细菌通过组成性激活黏膜EGCs中的TLR4信号导致CNTF的释放，支持肠黏膜神经纤维的完整性。EGCs通过吞噬作用和抗原呈递直接感知管腔微生物。长双歧杆菌通过激活p38 MAPK通路增强EGCs中PD-L1的表达，促进调节性T细胞分化。短链脂肪酸特别是丁酸盐和丙酸盐直接影响EGC功能，丁酸盐降低TGF-β1和TNF-α蛋白的基础水平，而丁酸盐和丙酸盐均增加IL-6表达。慢性应激诱导肠道菌群失调、下调结肠紧密连接蛋白并激活EGCs，胶质毒素处理可部分逆转这些变化。

8. EGC-免疫细胞网络：黏膜稳态的胶质细胞界面

在EGC-巨噬细胞对话中，EGCs在稳态或组织修复时通过分泌GDNF抑制M1巨噬细胞极化，通过CSF1促进抗炎CD206⁺巨噬细胞的生成。在炎症条件下，EGCs通过Cx-43依赖性信号上调M-CSF激活巨噬细胞并加重内脏不适。慢性心理压力下，糖皮质激素诱导产生应激相关肠胶质细胞，其促炎通路和CSF1产生增加，损害肠道浸润单核细胞分化为巨噬细胞的过程。在结直肠癌中，肿瘤浸润单核细胞和单核细胞来源的巨噬细胞产生的IL-1促进邻近EGCs重塑为活化免疫调节性结直肠癌相关EGCs，后者通过IL-6依赖性机制驱动单核细胞分化为促肿瘤SPP1⁺巨噬细胞。IL-1R1介导的反应性胶质增生诱导增强肌层巨噬细胞迁移和吞噬活性的分子。嘌呤能信号在EGC-巨噬细胞通讯中尤为重要，P2Y12在肌层巨噬细胞中高表达，限制ENS活性。

在EGC-中性粒细胞相互作用中，急性炎症期胶质细胞A2B受体的激活增强促炎信号传导并刺激Ly-6G⁺细胞产生IL-17，影响肠上皮通透性。

在EGC-肥大细胞串联中，EGCs释放的GDNF与肥大细胞上的GFR-α1/RET受体结合，抑制JNK信号和钙内流，从而抑制肥大细胞活化和脱颗粒。活化肥大细胞释放的组胺快速诱导EGCs中的钙信号，形成双向调节回路。在炎症性肠病中，EGC介导的肥大细胞抑制受损导致肥大细胞过度活化。在肠易激综合征中，反应性GFAP高表达EGCs与特定肥大细胞亚群之间空间和功能关系的改变与肠道病原体转运增加密切相关。在伊立替康诱导的小肠炎症模型中，活化肥大细胞释放的炎症介质进一步激活胶质细胞和巨噬细胞，形成自我放大的炎症循环。

在EGC-ILC3相互作用中，EGCs持续释放GDNF激活ILC3中的RET-p38 MAPK/ERK-AKT-STAT3信号级联，促进屏障保护性细胞因子IL-22的合成。选择性清除ILC3中的RET信号后，IL-22水平显著降低，导致菌群失调、上皮屏障完整性受损以及对肠道感染和炎症的易感性增加。慢性应激激活下丘脑-垂体-肾上腺轴导致糖皮质激素释放，糖皮质激素与EGCs上的受体结合抑制GDNF合成，削弱ILC3中的RET信号，减少IL-22分泌，最终加剧结肠炎。

在EGC-适应性免疫细胞界面中，EGCs表达MHC-I类分子并具有抗原呈递能力，在弓形虫感染等急性感染期间短暂上调表面MHC-II表达。EGCs还组成性表达MHC-II分子，可能通过自噬依赖性途径参与抗原加工和呈递。在蠕虫诱导的组织损伤中，IFN-γ刺激EGCs上调CXCL10，选择性吸引CD8⁺ T淋巴细胞。在克罗恩病神经丛炎中，EGC-T细胞相互作用进一步增强。在肿瘤微环境中，EGCs增加新生肿瘤细胞上的MHC-I表达，增强CD8⁺ T细胞的识别和细胞毒活性。在炎症条件下，EGCs可能通过限制T细胞增殖发挥免疫抑制作用。西尼罗河病毒感染后，活化的CD8⁺ T细胞通过穿孔素依赖性和非依赖性机制直接损伤EGCs。

9. EGC-卡哈尔间质细胞协同作用

胃电刺激通过激活5-HT/5-HT2B通路增强ICC增殖，同时增加GDNF表达。鉴于GDNF主要由EGCs分泌，胃电刺激对ICC存活的有利效应可能部分通过EGCs的激活或功能调节介导。

四、讨论与结论

论文讨论了EGC靶向治疗的三种主要策略。第一，在炎症控制层面，阻断与促炎性EGC表型相关的信号通路已显示出令人鼓舞的结果。TLR4抑制可减轻实验性结肠炎模型中的组织损伤，P2X7受体拮抗可减少促炎细胞因子的产生并减轻炎症反应。第二，增强保护性EGC功能的策略可促进组织修复和屏障重建。PPARγ激活刺激上皮增殖和分化，增强GDNF-RET信号加速紧密连接形成并促进上皮屏障重建。第三，调节EGC-神经元通讯是治疗神经源性功能障碍的可行策略。值得注意的是，靶向EGCs与特定免疫细胞之间的异常相互作用已成为极具前景的新方向，包括通过ICAM-1靶向EGC介导的T细胞浸润以及通过组胺/蛋白酶途径靶向肥大细胞相关炎症。

论文指出，EGC导向疗法在临床转化前仍需克服若干障碍。大多数证据来自急性动物模型或体外系统，未能完全反映人类炎症性肠病的慢性和复发性特征。长期调节EGC相关通路的安全性尚不清楚，例如GDNF-RET信号的过度激活与无神经节细胞症和肠神经节神经瘤相关。另一个主要障碍是缺乏经验证的疾病相关EGC亚群的表面标记物，这阻碍了靶向递送方法的开发。

研究结论：过去十年间，对EGCs的认识发生了深刻变革。EGCs曾被视为被动的支持细胞，如今被确认为多功能调节中枢。基于现有实验证据，五个信号节点——TLR4、P2X7、PPARγ、GDNF-RET轴和ICAM-1——已成为炎症性肠病、结直肠癌和其他胃肠道疾病的潜在治疗靶点。这些靶点与临床前疾病模型中观察到的EGC亚群特异性表达谱相关联。尽管取得了这些进展，但在EGC治疗策略转化为临床应用之前，仍需解决一些关键问题：如何在不干扰保护性亚群稳态功能的前提下选择性调节促炎性EGC亚群？解决这一挑战需要通过单细胞多组学等方法鉴定可靠的亚群特异性表面标记物。未来整合慢性疾病模型、患者来源类器官和单细胞多组学方法的研究对于推进基于EGC的精准医学至关重要。