Tuft细胞通过组蛋白去乙酰化酶3(HDAC3)保护肠道免受炎症损伤

《Mucosal Immunology》：Tuft cells protect against intestinal inflammation through histone deacetylase 3

　　

虽然肠道Tuft细胞已被证实可促进2型免疫，但其在炎症性肠病(Inflammatory Bowel Disease, IBD)中的作用尚不清楚。本研究表明，儿科IBD患者远端肠道中Tuft细胞减少，且Tuft细胞缺陷小鼠对肠道炎症易感性增加。肠道干细胞中组蛋白去乙酰化酶3(Histone deacetylase 3, HDAC3)的表达是Tuft细胞分化所必需的。有趣的是，单细胞分析显示成熟Tuft细胞中HDAC3也较其他分化上皮细胞群富集。构建Tuft细胞特异性HDAC3敲除小鼠(HDAC3ΔTuft)发现，经典Tuft细胞通路表达受损，提示HDAC3调控Tuft细胞内在功能。HDAC3ΔTuft小鼠Tuft细胞数量无显著差异，但Tuft细胞特异性缺失HDAC3可促进结肠炎发生。回肠和结肠上皮转录分析显示，HDAC3ΔTuft小鼠相对于对照组修复反应减弱。此外，人结肠类器官(colonoids)中HDAC3抑制同样下调Tuft细胞相关细胞因子及促进上皮修复的类花生酸(eicosanoid)通路。综上，这些数据表明增强Tuft细胞功能或可预防或治疗IBD，且Tuft细胞内在的HDAC3调控可限制肠道损伤和炎症易感性。

《Tuft细胞通过HDAC3保护肠道免受炎症损伤》论文解读

一、研究背景与立项依据

炎症性肠病(Inflammatory Bowel Disease, IBD)，包括克罗恩病(Crohn's Disease, CD)和溃疡性结肠炎(Ulcerative Colitis, UC)，是以肠道上皮屏障破坏、免疫失调为特征的慢性复发性疾病。肠道上皮不仅是物理屏障，还通过分泌抗菌肽、细胞因子和代谢信号主动调控免疫稳态。Tuft细胞是罕见的上皮内哨兵细胞，可通过味觉受体信号感知管腔微环境并启动2型免疫反应（分泌白细胞介素-25/Interleukin-25, IL-25激活2型固有淋巴样细胞/group 2 innate lymphoid cells, ILC2s），但其是否在IBD中具有抗炎及促修复作用尚不明确。既往研究表明成人IBD患者肠道Tuft细胞减少，且肠道干细胞中HDAC3是Tuft细胞分化所必需，但HDAC3在成熟Tuft细胞中的功能未知。本研究假设Tuft细胞可抑制肠道炎症，且HDAC3在成熟Tuft细胞中调控其保护性效应程序，从而开展以下工作。该论文发表于《Mucosal Immunology》。

二、主要关键技术方法

研究采用儿科IBD患者（初诊未治疗）及非IBD对照者的回肠与直肠活检组织进行Tuft细胞标志基因表达分析及免疫荧光染色；使用Tuft细胞缺陷Pou2f3^-/-小鼠及琥珀酸钠(succinate)扩增Tuft细胞的小鼠进行右旋糖硫酸钠(Dextran Sulfate Sodium, DSS)诱导结肠炎评估；构建Tuft细胞特异性HDAC3敲除小鼠(HDAC3^ΔTuft，Pou2f3-ERT2Cre; HDAC3^fl/fl经他莫昔芬诱导)；分选纯化回肠Tuft细胞行bulk RNA-seq，结肠上皮行qPCR；流式细胞术检测Tuft细胞频率、ALOX5与CHAT蛋白表达及固有层免疫细胞；人健康供体结肠类器官(colonoids)经IL-13诱导Tuft细胞分化后给予HDAC3选择性抑制剂RGFP966处理并检测基因表达；利用已发表的小鼠小肠单细胞RNA-seq数据集分析Hdac3在各上皮细胞亚群中的表达。

三、研究结果

Tuft cells are reduced in the intestine of pediatric IBD patients（儿科IBD患者肠道Tuft细胞减少）

研究人员分析RISK研究中初诊、未用药的儿科CD患者回肠活检(n=243)与非IBD对照(n=43)，及UC患者直肠活检(n=43)与非IBD对照(n=55)，发现Tuft细胞标志基因POU2F3、POU2AF2、TRPM5显著下调；独立队列免疫荧光染色证实CD患儿回肠及UC患儿乙状结肠Tuft细胞(p-EGFR⁺或DCLK1⁺)数量较对照明显减少，提示远端肠Tuft细胞减少是儿科IBD的共同特征。

Loss of tuft cells increases susceptibility to intestinal damage and inflammation（Tuft细胞缺失增加肠道损伤与炎症易感性）

研究人员对Pou2f3^-/-小鼠及野生型同窝对照给予2.5% DSS，Pou2f3^-/-小鼠体重下降更明显、结肠缩短更显著，固有层中性粒细胞(Ly6G⁺CD11b⁺CD45⁺)及TNFα⁺免疫细胞频率升高，粪便脂钙蛋白-2(lipocalin-2/NGAL)增加，组织学示更严重溃疡、隐窝丢失及炎性浸润，证明Tuft细胞缺失削弱上皮完整性维持并加剧结肠炎。

Tuft cell expansion decreases susceptibility to colitis（Tuft细胞扩增降低结肠炎易感性）

研究人员用琥珀酸钠(150 mM饮水，7天)扩增野生型小鼠结肠及回肠Tuft细胞后行DSS造模，发现琥珀酸预处理减轻体重丢失、结肠缩短及粪便lipocalin-2升高、组织损伤减轻；但该保护作用在Pou2f3^-/-小鼠中消失，表明琥珀酸介导的结肠炎缓解依赖于Tuft细胞存在，提示增加Tuft细胞具治疗潜力。

Histone deacetylase 3 in tuft cells instructs protective epithelial barrier function（Tuft细胞内HDAC3指导保护性上皮屏障功能）

研究人员分析已发表单细胞RNA-seq数据发现Hdac3在小肠Tuft细胞中较其他分化上皮细胞高表达。构建HDAC3^ΔTuft小鼠，分选回肠Tuft细胞行RNA-seq，显示HDAC3缺失导致味觉/G蛋白偶联受体(G-protein-coupled receptor, GPCR)信号通路基因(Gnat3, Gnb1, Trpm5, Chat)、类花生酸生物合成基因(Alox5, Ptgs1, Ptgs2, Ltc4s)及2型炎症调节因子(Il25, Tslp)显著下调。HDAC3^ΔTuft小鼠回肠及结肠固有层ILC2频率较对照降低，证实Tuft细胞内在HDAC3调控其化学感受、类花生酸产生及细胞因子分泌程序。

Tuft cell-intrinsic HDAC3 is required for protection against damage-induced colitis（Tuft细胞内在HDAC3是抵抗损伤性结肠炎所必需）

研究人员对HDAC3^ΔTuft与HDAC3^FF对照小鼠行DSS造模，HDAC3^ΔTuft小鼠体重丢失更多、结肠更短、中性粒细胞浸润及粪便lipocalin-2更高，组织学损伤更重，而两组基础Tuft细胞数量无差异。琥珀酸预处理仍保护HDAC3^FF小鼠但对HDAC3^ΔTuft无效，说明Tuft细胞数量不变情况下其功能受损即促发结肠炎易感性，且琥珀酸的保护依赖Tuft细胞中HDAC3敏感程序。

HDAC3 regulates tuft cell gene expression in murine and human colon（HDAC3调控小鼠及人结肠Tuft细胞基因表达）

研究人员流式检测证实HDAC3^ΔTuft小鼠回肠与结肠Tuft细胞中ALOX5和CHAT蛋白表达低于对照；分离结肠上皮qPCR显示Tuft细胞相关效应基因(Il25, Tslp, Alox5, Ptgs1/2, Ltc4s, Trpm5, Gnat3, Chat)表达下调。人结肠类器官经IL-13诱导出现Tuft细胞后，HDAC3抑制剂RGFP966不改变Tuft细胞数及POU2F3表达，但显著抑制同源效应基因(IL25, ALOX5, PTGS1, PTGS2)，表明HDAC3保守调控人和小鼠Tuft细胞功能基因而非影响其分化。

四、讨论与结论总结

讨论指出：既往已知干细胞中HDAC3为Tuft细胞分化所需，本研究进一步证明HDAC3在已定向的Tuft细胞中也具细胞内在功能，缺失后损害味觉信号(Gnat3/Trpm5)、类花生酸合成(Ptgs/Alox5/Ltc4s，其中前列腺素PGE₂/PGD₂促屏障修复)及2型细胞因子(IL-25, TSLP可抑制Th1/Th17)。Tuft细胞还经胆碱乙酰转移酶(Choline O-acetyltransferase, CHAT)产乙酰胆碱促进杯细胞黏液分泌与潘氏细胞抗菌肽释放，该通路亦受HDAC3调控。此外Tuft细胞具损伤后去分化再生的储备干细胞潜能，在DSS损伤Lgr5⁺干细胞丢失时可参与上皮重建。儿科与成人IBD均见Tuft细胞减少，提示其缺陷可能是疾病早期间质因素。蠕虫感染扩Tuft细胞已在IBD临床试验显效，未来可探索饮食或微生物策略增强Tuft细胞活性及HDAC3依赖性程序。

结论翻译：

Tuft细胞是特化的上皮哨兵细胞，本研究提供新证据表明Tuft细胞可减轻损伤诱导的结肠炎症并维持黏膜稳态，鉴定HDAC3为Tuft细胞生物学的中枢调控因子。先前工作显示肠道干细胞需HDAC3以允许Tuft细胞分化，本文扩展发现成熟Tuft细胞内HDAC3对其效应程序（化学感受信号、类花生酸产生、2型细胞因子表达）不可或缺；HDAC3缺失致Tuft细胞功能受损、ILC2减少及对结肠炎易感性增加。因此，增强Tuft细胞反应（可能通过调控HDAC3活性）是预防或治疗肠道炎症的潜在新策略。