Metrnl(Meteorin-like/Subfatin)通过调控c-KIT-WNT通路保护标记滞留细胞(LRCs)减轻放射性肠炎

《Acta Pharmaceutica Sinica B》：Metrnl in mitigating radiation enteritis via label-retaining cells protection by modulating the c-KIT-WNT pathway

　　

目前放射性肠炎尚无明确的标准化治疗方案。本研究通过多维单细胞分析及机制剖析揭示Metrnl是肠道辐射防护的关键调节因子。研究人员首次证实辐射可时间依赖性动态重编程Metrnl的表达，表明其是一种辐射应答介质。关键的是，Metrnl通过对双重机制发挥强效抗辐射致肠损伤的保护作用：Metrnl保护标记滞留细胞(label-retaining cells, LRCs)而非传统的Lgr5+肠干细胞(intestinal stem cells, ISCs)，并通过ERK/GSK3β介导的通路串扰激活新型c-KIT-WNT信号轴，二者共同促进肠上皮再生。治疗上，重组Metrnl可作为潜在的生物制剂有效减轻放射性肠炎。这些发现确立Metrnl为连接辐射生物学与再生医学的关键介质，为辐射损伤的处理提供了转化潜力。

论文解读：Metrnl通过c-KIT-WNT通路保护标记滞留细胞减轻放射性肠炎

研究背景与目的

放射性肠炎是盆腹腔恶性肿瘤放疗引起的肠道并发症，目前缺乏标准化根治手段，现有治疗仅能对症缓解而无法阻断病程。肠基底部肠干细胞(ISC)分Lgr5⁺ISC（快速增殖、辐射敏感易凋亡）及标记滞留细胞(LRCs，低增殖Lgr5^–ISC，辐射耐受，作为干细胞储备在Lgr5⁺ISC死亡后启动再生）。LRCs的辐射防护及再生机制尚不明晰。Meteorin-like蛋白(Metrnl)是本课题组发现的分泌蛋白，既往报道参与代谢、抗炎及溃疡性结肠炎自噬调控，其在放射性肠炎中作用未知。本研究探讨Metrnl在放射性肠炎中的辐射防护作用及是否通过保护LRCs及特定信号轴发挥作用。

本研究由海军军医大学(第二军医大学)药理学系Chao-Yu Miao、Feng-Hua Qian、An-Qiang Feng团队完成，发表于《Acta Pharmaceutica Sinica B》。

主要关键技术方法

采用肠上皮细胞特异性Metrnl敲除(Metrnl^KO，Metrnl^loxP/loxPVillin-Cre)及过表达(Metrnl^Tg，R26-LSL-Metrnl^+/–Villin-Cre)小鼠；Lgr5^cre-ERT2;Rosa26^lsl-tdTomato(Lgr5^tdTomato)示踪Lgr5⁺ISC；Villin-rtTA2-M2/TetO-H2B-GFP(H2B-GFP^Int)脉冲追踪LRCs；C57BL/6J小鼠腹部20 Gy ⁶⁰Co γ射线单次照射建立放射性肠炎模型，部分实验予尾静脉注射重组人Metrnl(rhMetrnl)或腹腔/体外给予ERK抑制剂(GDC0994)、c-KIT敲低、Wnt3a抑制剂(C59)；小肠组织行H&E、免疫荧光(IF)、免疫组化(IHC)、EdU增殖检测、Western blot、核质蛋白分离、RNA-Seq；体外HCT-116细胞行Metrnl过表达/敲低及⁶⁰Co照射，进行Western blot及免疫荧光检测；统计学采用GraphPad Prism Two-way ANOVA及Log-rank检验。

研究结果

3.1 Time-dependent Metrnl expression emerges as radiation response

单细胞测序及体内验证显示Metrnl在小鼠小肠多细胞类型尤其杯状细胞、干细胞、肠吸收细胞、微皱褶细胞中高表达；照射后小肠Metrnl mRNA及蛋白水平呈先升(峰值第2天DNA损伤期)后降(第5天最低)的动态变化，符合辐射应答特征。20 Gy照射致小鼠体重下降、小肠缩短、绒毛及隐窝破坏、增殖降低、DNA损伤(p53升高)后逐渐恢复。

3.2 Metrnl confers a protection against radiation enteritis

Metrnl^KO小鼠照后存活率仅22.22%，体重丢失更重、腹泻更严重、小肠更短、隐窝破坏明显且几乎无增殖；Metrnl^Tg小鼠无一死亡，体重波动小、无腹泻、小肠较长、隐窝形态较好且EdU⁺增殖细胞显著增多，表明肠上皮Metrnl过表达减轻辐射肠损伤，缺失加重损伤，具辐射保护作用。

3.3 Metrnl mediated protection operates independently of Lgr5⁺ISC

Lgr5^tdTomato及其与Metrnl^KO/Tg交叉小鼠照后，每隐窝Lgr5⁺ISC数目及cleaved-caspase-3⁺凋亡Lgr5⁺ISC数在基因修饰组与其野生型对照间无差异，证明Metrnl的保护作用不通过影响Lgr5⁺ISC的数量或凋亡实现。

3.5 Metrnl protects against radiation enteritis by safeguarding LRCs

H2B-GFP^Int及其与Metrnl^KO/Tg交叉小鼠照后72 h，Metrnl^Tg-H2B-GFP每隐窝LRCs数显著高于对照，Metrnl^KO-H2B-GFPLRCs近消失；照后12 h Metrnl^Tg-H2B-GFP中cleaved-caspase-3⁺LRCs显著少于对照，Metrnl^KO-H2B-GFP与其对照均高且无差异。表明Metrnl通过保护LRCs免受辐射诱导凋亡来减轻放射性肠炎。

3.6 Metrnl defends against radiation enteritis by activating WNT signaling pathway

Metrnl^Tg与Metrnl^Tg(WT)小肠隐窝RNA-Seq差异基因KEGG富集于WNT通路。体内外Wnt/β-catenin靶分子(nuclear β-catenin、Axin2、c-MYC、p-GSK3β(Ser9))在Metrnl过表达时上调、敲除时下调，照射后差异更明显；LRCs内c-MYC在Metrnl^Tg照后仍高表达而Metrnl^KO无表达，提示Metrnl激活LRCs内WNT信号促辐射保护。

3.7 c-KIT-WNT signaling axis mediates Metrnl-dependent protection in radiation enteritis

c-KIT蛋白表达不受Metrnl过表达/敲低影响，提示Metrnl结合而非调控c-KIT量。Metrnl过表达上调p-MEK1/2、p-ERK1/2，c-KIT敲低消除此差异；ERK抑制剂使核β-catenin及p-GSK3β(Ser9)下调并取消Metrnl过表达效应；GSK3β抑制剂可逆转ERK抑制对WNT靶基因(c-MYC、Axin2)的下调；Wnt3a配体阻断不影响Metrnl对WNT的上调；Co-IP证实ERK1/2与GSK3β互作。表明Metrnl结合c-KIT激活下游MEK-ERK，ERK磷酸化抑制GSK3β，进而稳定β-catenin激活WNT(c-KIT/MEK-ERK/GSK3β-WNT轴)。

3.8 Metrnl exerts intestinal protection through ERK-GSK3β mediated c-KIT-WNT pathway

给予ERK抑制剂后，Metrnl^Tg与Metrnl^Tg(WT)小鼠照后存活率(均50%)、体重变化、肠长、腹泻评分、绒毛/隐窝形态及增殖无差异，WNT靶蛋白差异被消除，证实Metrnl肠保护依赖于ERK-GSK3β介导的c-KIT-WNT通路。

3.9 Recombinant Metrnl acts as novel biotherapeutic for radiation enteritis

照前予rhMetrnl可减轻小鼠体重丢失、降低γ-H2A.X(DNA损伤标志)；体外rhMetrnl处理后照后c-MYC上调、γ-H2A.X下调；rhMetrnl的保护作用在ERK抑制下被取消。证实重组Metrnl具放射防护潜能，通过c-KIT-WNT/ERK-GSK3β途径起效。

讨论与结论总结

讨论指出本研究首次阐明肠上皮Metrnl通过结合c-KIT受体→激活MEK-ERK→抑制GSK3β(Ser9磷酸化)→β-catenin核转位→激活WNT通路→保护LRCs并促进肠上皮再生的新机制(c-KIT/MEK-ERK/GSK3β-WNT轴)，区别于靶向Lgr5⁺ISC的经典策略；提及Metrnl多效性(抗菌肽维持、抗氧化、屏障修复协同防护)、长期激活WNT潜在致癌风险需限定短期应用及密切随访，并承认局限于Lgr5⁺ISC与LRCs未涵盖其他ISC亚型及未精确溯源Metrnl分泌细胞的局限性。

结论(翻译)：

综上所述，研究人员首次证实肠Metrnl对放射性肠炎具有保护作用。该保护通过结合c-KIT受体激活下游MEK-ERK通路实现；随后ERK通过与GSK3β结合促进β-catenin核转位，从而激活WNT通路。本研究阐明了放射性肠炎背景下Metrnl对LRCs的保护机制，为放射性肠炎提供了潜在生物标志物。