《Pharmacological Research》：Manipulating metabolism-reprogrammed monocytic-MDSCs prevents colitis-associated dysplasia by IL-10/HIF-1α/DLL4 signaling
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本研究聚焦于炎症性肠病（IBD）患者中结直肠癌风险增高的关键机制。针对肠道IL-10表达降低如何导致上皮异型增生的难题，研究人员揭示了髓系IL-10缺失会重编程M-MDSCs的代谢，通过HIF-1α上调DLL4，进而过度激活Notch1通路，驱动肠道干细胞偏向吸收性肠细胞分化，最终导致异型增生。研究发现植物黄酮类化合物SG可作为DLL4拮抗剂，有效干预此通路，为预防IBD相关结直肠癌提供了新的潜在靶点与策略，具有重要临床转化意义。
论文解读
慢性肠道炎症，特别是溃疡性结肠炎（UC），是导致结直肠癌（CRC）的重要环境风险因素。然而，长久以来的炎症是如何一步步“腐蚀”健康的肠道上皮，使其走向异型增生乃至癌变的，其背后的分子机制仍然像一团迷雾。白细胞介素-10（IL-10）作为一种关键的免疫调节细胞因子，是维持肠道稳态的“稳定器”，但其功能似乎充满矛盾：它既能抑制过度炎症，又可能参与构建免疫抑制的肿瘤微环境。临床研究表明，IL-10在IBD患者中表达降低，但其在调控肠道上皮细胞命运，特别是在慢性炎症向癌前病变（异型增生）转变中的具体作用，仍是一个亟待解答的科学谜题。
本研究发表在《Pharmacological Research》上，旨在探索髓系细胞来源的IL-10如何调控免疫微环境，影响肠道干细胞（ISCs）的命运决定，从而在结肠炎相关异型增生中扮演关键角色。研究揭示了一条从髓系IL-10缺失开始，到M-MDSCs（单核样髓源性抑制细胞）代谢与功能失调，再到Notch信号通路异常活化，最终导致肠道上皮细胞异常增殖与分化的清晰信号轴，并发现了一种潜在的干预小分子药物。
研究人员综合运用了多种关键技术方法。首先，他们构建了IL-10基因敲除（IL-10-/-）小鼠、髓系特异性IL-10条件性敲除（IL-10Δmyeloid）小鼠模型，并利用大肠杆菌感染或葡聚糖硫酸钠（DSS）诱导慢性结肠炎。通过腺相关病毒（AAV9）介导的骨髓内IL-10递送进行功能回复实验。其次，对临床样本（22例UC患者结肠组织）和小鼠组织进行了免疫荧光染色、免疫组化、Western blot和实时定量PCR（qPCR）分析。第三，利用流式细胞术分析免疫细胞群，并分离培养小鼠骨髓来源的MDSCs（BM-MDSCs）和小鼠肠道类器官（colonoids），建立了共培养体系。第四，进行了单细胞RNA测序（scRNA-seq）分析小鼠结肠免疫微环境，并结合公共数据库（GSE161277, GSE4183等）进行生物信息学分析。第五，通过非靶向代谢组学分析了MDSCs的代谢谱。最后，运用虚拟筛选、分子对接和表面等离子共振（SPR）技术，从小分子库中筛选并验证了靶向DLL4的化合物Sophoraflavanone G（SG），并在体内外评估了其药效。
研究结果
3.1. IL-10低表达与结肠上皮异常增殖和分化高度相关
对公共数据库和临床样本的分析显示，IBD、腺瘤和CRC患者结肠组织中IL-10 mRNA表达呈现先升高后降低的趋势，且与增殖标志物Ki67呈负相关。在UC患者和小鼠结肠炎模型中，随着疾病加重或IL-10表达降低，分泌性细胞（如MUC2+杯状细胞）减少，而吸收性细胞（如CA Ⅱ+肠细胞）增加。IL-10-/-小鼠在细菌感染后表现出更严重的结肠炎、异型增生形成，以及上皮细胞增殖（Ki67+）增加、谱系分化失衡。有趣的是，体外培养的IL-10-/-小鼠来源的肠道类器官并未表现出这些异常，提示是IL-10缺失导致的微环境改变，而非上皮细胞自身缺陷，驱动了异常。
3.2. M-MDSCs与肠道干细胞相互作用最强
单细胞测序分析发现，IL-10-/-结肠中髓系细胞扩增，且IL-10表达主要缺失于髓系细胞。其中，具有免疫抑制表型的M-MDSCs是唯一在IL-10-/-结肠中显著扩增的亚群。细胞通讯分析显示，在IL-10-/-结肠中，M-MDSCs的细胞间信号交流显著增强，并且是与增殖性干细胞相互作用最强的免疫细胞类型，提示其可能是连接髓系IL-10缺失与上皮异常的关键桥梁。
3.3. 髓系IL-10调控MDSCs积累和肠道上皮异常分化
流式分析证实，感染后的IL-10-/-小鼠和髓系特异性IL-10敲除（IL-10Δmyeloid）小鼠的脾脏、肠系膜淋巴结和结肠固有层中，MDSCs（包括M-MDSCs和PMN-MDSCs）均显著积累。这些小鼠也表现出更严重的结肠炎、异型增生以及上皮增殖/分化异常。相反，通过AAV9载体向骨髓递送IL-10，恢复髓系IL-10表达，可以逆转感染IL-10-/-小鼠体内的MDSCs积累、炎症、异型增生和上皮异常。
3.4. IL-10缺陷的M-MDSCs将肠道干细胞分化偏向吸收性肠细胞
IL-10-/-来源的MDSCs表达更高水平的促炎因子（如IL-1β, TNF-α），表现出一种“非典型”的促炎表型。在体外，IL-10-/-M-MDSCs的条件培养基能够促进肠道类器官生长，并使其表达更高的增殖标志物（Ki67）和吸收性细胞标志物（CA Ⅱ），同时降低分泌性细胞标志物（MUC2, ChgA）的表达，表明IL-10-/-M-MDSCs通过分泌因子驱动ISCs向吸收性谱系分化。
3.5. IL-10缺陷M-MDSCs来源的过量DLL4导致分泌谱系分化改变
Notch信号通路是调控ISCs谱系分化的关键。研究发现，IL-10-/-M-MDSCs条件培养基处理或与IL-10-/-M-MDSCs共培养的类器官，以及感染IL-10-/-小鼠的结肠中，Notch1信号通路被过度激活。在多种Notch配体中，DLL4在CRC患者中高表达，并且在LPS刺激下，仅在IL-10-/-M-MDSCs中特异性显著上调。免疫荧光和ELISA证实，IL-10-/-M-MDSCs表达并分泌更多的DLL4蛋白。在IL-10-/-结肠中，MDSCs与DLL4+细胞共定位增强。敲低IL-10-/-M-MDSCs中的Dll4，可以逆转其诱导的类器官异常分化。
3.6. IL-10缺陷通过HIF-1α介导的炎症代谢重编程诱导过量DLL4转录
代谢组学和生信分析表明，IL-10低表达与代谢紊乱相关，IL-10-/-M-MDSCs表现出更强的糖酵解活性和特定的代谢物变化，这些变化富集于HIF-1信号通路。SCENIC分析将HIF-1α列为M-MDSCs中的关键转录调控因子。实验证实，IL-10-/-M-MDSCs在LPS刺激后高表达HIF-1α及其下游糖酵解酶（如HK2, LDHA）。使用HIF-1α抑制剂PX-478处理，可抑制IL-10-/-M-MDSCs中DLL4的上调。染色质免疫共沉淀（ChIP）和DNA pull-down实验证明，HIF-1α能直接结合到Dll4基因启动子区（GGGCGTGC位点）并启动其转录。这表明IL-10缺失通过上调HIF-1α，直接促进了DLL4的转录。
3.7. Sophoraflavanone G被筛选为DLL4阻断剂以抑制Notch1信号通路
基于DLL4蛋白结构的虚拟筛选，从约5500个化合物中发现了植物黄酮类化合物苦参黄烷酮G（Sophoraflavanone G, SG）。分子对接和SPR实验证实SG能与DLL4蛋白直接结合（Kd= 0.94 μM）。在细胞实验中，SG能有效抑制DLL4与Notch1的相互作用及其下游靶基因Hes1的表达。在类器官模型中，外源性DLL4诱导的Notch1通路激活、异常增殖和谱系分化，可被SG处理所逆转。
3.8. Sophoraflavanone G通过阻断DLL4/Notch1信号通路改善IL-10-/-结肠炎的肠道异型增生和炎症
在IL-10-/-结肠炎小鼠模型中，每日灌胃给予SG（50 或 100 mg/kg/天）治疗一个月。结果显示，SG治疗显著降低了小鼠的疾病活动指数、结肠重量、炎症因子水平以及结肠病理损伤和异型增生。同时，SG处理抑制了结肠中Notch1通路的过度激活，恢复了上皮细胞的正常增殖与谱系分化平衡（减少Ki67+和CA Ⅱ+细胞，增加MUC2+和ChgA+细胞）。
结论与意义
本研究系统阐明了髓系来源的IL-10在维持肠道上皮稳态中的关键作用及其缺失导致结肠炎相关异型增生的全新机制。其核心在于：髓系IL-10缺失 → M-MDSCs代谢重编程（HIF-1α依赖的糖酵解增强）→ HIF-1α直接转录上调DLL4 → 过量DLL4激活ISCs中Notch1信号 → ISCs向吸收性肠细胞异常分化 → 肠道上皮异型增生。这一“IL-10/HIF-1α/DLL4”信号轴的发现，将免疫调节、细胞代谢与上皮干细胞命运决定紧密联系起来，深化了对炎症致癌微环境的理解。
更重要的是，研究不仅揭示了机制，还找到了潜在的干预靶点。通过筛选鉴定出天然小分子化合物SG可作为DLL4的有效拮抗剂，并在动物模型中验证了其通过阻断DLL4/Notch1通路来预防和治疗结肠炎相关异型增生的效果。这为高危IBD患者预防结直肠癌提供了一种新的、具有潜力的互补治疗策略。本研究表明，靶向免疫代谢重编程或关键的免疫-上皮通讯信号，可能是未来干预炎症相关癌症的有效途径。
