《Food Frontiers》：Supplementing With the Vitamin A Metabolite Retinoic Acid Can Alleviate Negative Affective States Caused by SPI1-Induced Immune and Metabolic Dysfunctions Following Intestinal Barrier Impairment
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：溃疡性结肠炎（UC）与抑郁症（DP）在流行病学研究中呈现显著共病关系。然而，UC诱发DP的潜在机制尚不明确。髓系分化与维甲酸代谢失调均与这两种疾病相关，但二者在共病背景下的相互关联仍未阐明。本研究旨在探讨SPI1通过调控维甲酸代谢及造血干细胞髓系偏向，介导U
：溃疡性结肠炎（UC）与抑郁症（DP）在流行病学研究中呈现显著共病关系。然而，UC诱发DP的潜在机制尚不明确。髓系分化与维甲酸代谢失调均与这两种疾病相关，但二者在共病背景下的相互关联仍未阐明。本研究旨在探讨SPI1通过调控维甲酸代谢及造血干细胞髓系偏向，介导UC诱导DP的作用机制，并探索免疫-代谢-肠道轴。
研究人员采用多技术联合方法，以确定SPI1是否通过影响维甲酸代谢及髓系偏向而加重UC诱导的DP。研究方法包括全基因组及蛋白质组孟德尔随机化（MR）、活体成像、qRT-PCR、代谢组学、转录组学、流式细胞术、行为学测试、免疫荧光、免疫组织化学、计算机模拟敲除与过表达分析、多种机器学习模型、分子对接及分子动力学模拟，以全面评估研究假设。
研究发现，UC诱导DP过程中造血干细胞出现髓系偏向，且受SPI1调控。抑制SPI1可重塑该髓系偏向并缓解抑郁表型。此外，SPI1与维甲酸结合蛋白2（RBP2）存在显著因果关系，RBP2是维甲酸代谢的关键参与者。抑制SPI1可恢复Cyp26a1水平，并正常化RBP2及其他维甲酸代谢相关基因的转录，从而恢复代谢稳态。外源性给予全反式维甲酸（ATR）同样可纠正髓系偏向，并对UC诱导的DP发挥治疗作用。
上述发现凸显了SPI1在UC诱导DP中的关键作用，并提示外源性ATR补充可作为该共病患者潜在的预防或治疗策略。
论文解读：SPI1介导的髓系偏向与维甲酸代谢失调在溃疡性结肠炎诱发抑郁中的机制研究及全反式维甲酸的治疗潜力
一、研究背景与科学问题
溃疡性结肠炎（UC）是一种累及直肠和结肠的终身性炎症性疾病，属于炎症性肠病（IBD）范畴，临床主要表现为持续或反复发作的腹痛、腹泻、黏液脓血便。2023年全球UC患病率估计达500万例，且发病率持续上升，构成重大全球健康挑战。抑郁症（DP）是UC患者中常见的共病，其患病率显著高于普通人群，且随着疾病进展，合并焦虑和抑郁的患者比例不断增加，严重损害患者生活质量。
近年来，肠-脑轴的双向通讯受到广泛关注。UC作为系统性炎症疾病，肠道屏障受损后可导致肠道来源的炎症因子系统性释放，进而改变血脑屏障（BBB）完整性，使肠道来源的分子、毒素和病原体进入大脑，激活局部免疫细胞并触发神经炎症。这一过程可概括为三步级联反应：肠道炎症导致肠上皮屏障功能障碍和菌群失调；固有层局部免疫细胞通过模式识别受体识别微生物成分，触发局部炎症激活；预激活的免疫细胞、炎症介质、肠道微生物及其代谢物通过受损的肠-血管屏障进入体循环，进而通过多种机制破坏BBB，促进神经炎症发生。
在这一背景下，造血干细胞（HSCs）的异常髓系分化——即髓系偏向——被确认为维持外周炎症并导致神经炎症的关键机制。研究已证实心理应激可通过精氨酸加压素激活中性粒细胞，促进HSCs的髓系偏向分化；IBD患者常伴有骨破坏，破坏造血微环境，诱导造血前体细胞增殖并导致早期髓系偏移；UC中肠道通透性增加和菌群失调可升高血清LPS和IL-1β水平，进而诱导具有免疫记忆的HSCs产生髓系偏向。
与此同时，维甲酸（RA）代谢在UC和神经炎症中均受到关注。RA作为维生素A的代谢产物，可调节黏膜T辅助细胞反应，促进神经元健康。DSS诱导的肠道菌群失调和结肠炎可损害系统性RA信号传导；维生素A缺乏可加速阿尔茨海默病的发病和进展，而ATR在创伤性脑损伤修复中发挥保护作用。然而，RA代谢通路在UC诱导DP发生发展中的具体参与机制尚未被探索。
鉴于髓系偏向和RA代谢的并行重要性，寻找共同调控因子至关重要。转录因子SPI1（编码PU.1蛋白）作为髓系和淋巴系细胞发育的关键调控因子，可能成为连接髓系分化和RA代谢的潜在桥梁。已有研究表明SPI1在脑出血后小胶质细胞/巨噬细胞中高表达，且ATR可通过下调包括SPI1在内的转录因子抑制Th2表型。然而，直接实验证据将SPI1、髓系偏向和RA代谢三者明确联系起来，特别是在UC诱导DP的背景下，目前仍缺乏，这构成了本研究的主要切入点。
二、研究内容与核心发现
本研究采用多技术联合策略，系统验证了中心假说：SPI1通过调控维甲酸代谢和髓系偏向，介导UC诱导的DP。研究首先建立了0.5% DSS诱导的斑马鱼幼鱼和成鱼UC共病DP模型，通过多种转基因品系、行为学测试和分子生物学手段验证了模型的稳定性和可靠性。随后，通过整合生物信息学分析和孟德尔随机化（MR）方法，从GEO数据库获取UC患者转录组数据，结合全基因组MR筛选与DP存在因果关系的基因，最终鉴定出52个重叠枢纽基因，功能富集分析显示这些基因主要富集于"造血细胞谱系"通路。单细胞RNA测序分析进一步表明，UC和DP患者中髓系细胞比例均显著增加。
转录因子预测分析揭示SPI1是IL1B、HCK、CSF3R和MS4A1等枢纽基因的共同上游调控因子。计算机模拟敲除和过表达实验表明，SPI1敲除可抑制单核细胞聚集及HSCs向单核细胞和中性粒细胞的分化，而过表达则增强这一谱系转化。在斑马鱼模型中，DSS组髓系细胞（中性粒细胞、巨噬细胞）显著增加，淋巴细胞和红细胞减少，证实了髓系偏向的存在。
研究人员选用SPI1抑制剂DB2313进行干预，分子对接和分子动力学模拟显示DB2313与SPI1结合能为-8.6 kcal/mol，形成稳定复合物。DB2313给药可修复肠道FABP2损伤，恢复肠道屏障相关基因tjp2a转录水平，缓解神经元损伤，抑制MAO活性，并改善斑马鱼幼鱼的抑郁样行为。同时，DB2313有效控制髓系细胞和巨噬细胞数量，增加淋巴细胞和红细胞数量，抑制血栓形成，证实靶向SPI1可重塑髓系分化。
通过蛋白质组-wide MR分析，研究人员鉴定出305个与SPI1存在显著因果关系的血浆蛋白，与UC相关差异表达基因取交集后获得49个重叠基因。结合127种机器学习算法组合筛选，RBP2（维甲酸结合蛋白2）被鉴定为与SPI1关系最为密切的靶点之一。MR分析显示RBP2与SPI1表达呈显著负相关（OR=0.9380）。SHAP可解释性分析表明RBP2对模型预测贡献最大，且RBP2低表达与疾病分类贡献最高相关。人工神经网络（ANN）模型中，五个核心基因对DP组预测准确率达93.7%。多因素逻辑回归分析显示仅RBP2保持统计学显著性，提示RBP2可作为独立诊断生物标志物。
在斑马鱼模型中，DSS组cyp26a1荧光强度在肠道和脑部显著降低，DB2313治疗可恢复cyp26a1活性并正常化维甲酸代谢通路关键酶的转录水平。代谢组学分析显示DP患者维生素消化吸收通路显著富集。MR分析表明维生素A摄入是DP的保护因素（OR=0.5289）。外源性ATR给药可显著减少神经炎症模型中中性粒细胞数量，抑制DSS模型中巨噬细胞浸润，恢复红细胞和淋巴细胞数量，纠正髓系偏向，同时修复肠道损伤和抑郁病理。分子对接显示ATR与SPI1结合能为-5.6 kcal/mol，分子动力学模拟证实复合物结构稳定，结合自由能为-88.703 kcal/mol。
在小鼠模型中，ATR治疗可减轻体重下降和结肠缩短，减少炎症浸润，抑制SPI1表达，降低TNF-α、IL-6和IL-1β水平。行为学测试显示ATR治疗组小鼠在旷场实验中中心区停留时间显著增加，悬尾和强迫游泳实验中不动时间显著减少。流式细胞术分析表明DSS组骨髓CD11b阳性细胞显著增加，ATR治疗后显著减少，证实ATR可抑制髓系偏向。
三、主要技术方法
本研究采用的主要关键技术方法包括：基于GEO数据库（GSE206285、GSE87466、GSE87473等）的转录组差异表达分析和单细胞RNA测序分析（GSE214695、GSE249396）；全基因组及蛋白质组孟德尔随机化分析（利用IEU GWAS数据库和冰岛蛋白质组学研究数据）；计算机模拟敲除（scTenifoldKnk）和过表达分析（CellOracle）；127种机器学习算法组合构建预测模型及SHAP可解释性分析；人工神经网络分类模型构建；分子对接（AutoDock Vina）和分子动力学模拟（GROMACS 2023，50 ns）；斑马鱼转基因品系活体成像和行为学分析；小鼠模型（C57BL/6J雄性，SPF级）行为学测试和流式细胞术分析。
四、讨论与结论
本研究创新性地采用全基因组MR探讨UC到DP的时序关系，增强研究结果的真实性和稳健性。单细胞RNA测序将关键靶点定位到特定细胞群，聚焦于髓系偏向机制。SPI1被鉴定为枢纽基因的共同上游调控因子，与实验观察到的髓系偏向机制高度一致。RBP2作为与SPI1存在显著因果关系的靶点，在UC和DP中均发挥重要作用。RBP2是FABP家族成员，在肠道细胞中促进膳食维生素A摄取和代谢中发挥关键作用。研究首次阐明了RBP2和维甲酸代谢通路在UC诱导DP中的作用，为后续研究提供了新的治疗策略和框架。
研究存在一定局限性：未量化维甲酸代谢级联的所有组分；SPI1-RBP2 MR分析基于血浆pQTL数据，可能无法准确反映细胞内RBP2水平；五基因ANN结果需在更大独立队列中验证；未来可采用条件性敲除SPI1直接观察对下游靶点的影响；斑马鱼模型可能无法完全复现人类共病的复杂病理生理。
综上所述，靶向抑制SPI1可重新平衡维甲酸代谢通路，重塑HSCs的髓系偏向，最终缓解UC诱导DP的发病过程。该策略在UC初始部位、中间系统性炎症反应和最终神经炎症病灶等多个关键节点进行干预，为临床干预提供了新颖的多维治疗途径。
