原文作者：ScottPlevy

NOD2基因突变是克罗恩病（Crohn’sdisease）发病的危险因素。许多关于NOD2突变的具体致病机制的问题仍悬而未决。这一有关所涉致病细胞群的新发现为克罗恩病提供了新的治疗方向。

克罗恩病是一种影响着许多人健康的慢性炎症性肠病（inflammatoryboweldisease,IBD）。比如加拿大和德国超过0.3%的人口都患有克罗恩病，而它在世界范围内的发病率也在增加[1]。我们一方面需要更好对症下药，但另一方面，缺乏对其成因的了解阻碍了克罗恩病治疗上的进展。Nayar等人[2]在《自然》上发文，解开了关于克罗恩病一项危险因素的长久谜团，他们的发现具有重大的临床意义。

克罗恩病会对肠道多方面产生影响。其中最常见的是在回肠产生的局部影响，导致往往会引起纤维化的炎症（损伤从而引起纤维组织沉积反应）。而这进一步导致了回肠内腔收缩（或狭窄），需要依靠手术干预缓解[3]。克罗恩病为基因和环境互相作用介导的疾病提供了一个有用的模型。这种情况下，肠道微生物引起的致病炎症反应背后是遗传易感性。

NOD2遗传变异（或称作遗传多态性）与克罗恩病的遗传风险关联性最强，克罗恩病致病风险因素中约20%与NOD2基因的三个单核苷酸多态性（singlenucleotidepolymorphisms,SNP）相关[4]。此外，NOD2突变是克罗恩病中发生回肠狭窄和手术需要的重要预测因素，这一疾病遗传基础和疾病表现间的关联在此前也已经获得广泛的证实[3]。

然而，将NOD2基因和克罗恩病易感性相关联却呈现为一种悖论。NOD2是一种细胞内受体（图1），它识别胞壁酰二肽（MuramylDipeptide,MDP)——一种遍布细菌细胞壁的分子。在NOD2被描述为克罗恩病致病相关基因之前，NOD2的功能普遍在参与先天免疫的免疫细胞中得以认知。这些免疫细胞的NOD2一旦活化，会引起细胞因子这一炎症分子的基因表达，而异常强烈的炎症反应可介导克罗恩病中的肠道损伤[5,6]。人们可能以为，当NOD2发生功能失活突变时（LOF,即携带这一突变的基因被编译时不会产生具备完整功能的蛋白）能保护患者不得克罗恩病。但实际上，NOD2功能失活突变却被确定是克罗恩病的危险因素。因此后续的研究将重点都转向了NOD2生物学在肠道中的各个方面，研究具备功能性NOD2如何维持肠道稳态，那里有着人体中最多数量、持续被暴露在肠道菌群MDP中的免疫活性细胞，以及NOD2突变如何打破这种稳态从而致病[5]。（注：斜体的NOD2代表基因，非斜体的代表受体。下同）

图1

肠道炎症性肠病（IBD）的分子生物学基础。克罗恩病的成因尚未完全阐明。a,NOD2是一种可识别细菌酰二肽MDP的胞内蛋白，常见于肠道细胞中。是免疫细胞维持肠道稳态的正常保护反应中的一部分。b,可产生非功能性版本蛋白的NOD2突变是克罗恩病发病的危险因素之一[4]。通过对斑马鱼和临床样本的研究，Nayar等人[2]揭示了NOD2突变相关的具体发病机制。研究者们确定了多组被活化的免疫细胞群，即巨噬细胞和成纤维细胞，它们造成了纤维化——一种克罗恩病患者肠道的回肠区域发生的组织异常。配体与这些免疫细胞的细胞因子受体亚基gp结合后会触发一系列STAT3调控的基因表达。c,据该研究报告，一种名为bezedoxifene的gp小分子抑制剂在斑马鱼模型中成功阻断了引起损伤的相关基因表达。

在这一研究之前，我们并不知晓NOD2突变在回肠纤维化形成中的作用。论文作者探究了克罗恩病中炎症和纤维化的驱动因素，并通过人体细胞、人体肠道组织及斑马鱼模型的研究来将这些生物学发现与NOD2关联起来。

首先，研究者们对手术中取得的克罗恩病患者发炎的回肠样本组织进行了单细胞RNA测序（scRNA-seq）。这些细胞显示出与巨噬细胞及成纤维细胞活化相关的基因表达特征。他们还确认了一种关键的细胞类型，这种细胞兼具髓样细胞谱系标志物和成纤维细胞谱系的标志物的双重表达。这些发现表明回肠中有一组炎性巨噬细胞会随着病程进展分化为激活的成纤维细胞。

值得注意的是，研究者们利用葡聚糖硫酸钠（DSS）诱导的斑马鱼肠炎模型，证实了这些细胞群具备进化上的保守性。DSS长期以来被用于建立标准的啮齿类动物肠道损伤和炎症模型。此前，人类炎症性肠病的体内模型一直被小鼠模型所主导。而现在，如同Nayar和同事所展示的那样，斑马鱼也可以被用于相对高通量研究以及疾病相关性的快速评估。斑马鱼和人类肠道有形态上的相似性，此外，斑马鱼和人类一样，它们的免疫防御反应也有先天和后天两个分支，并且斑马鱼肠炎的发生也取决于肠道微生物群落[7]。诸如CRISPR这样的基因编辑工具帮助快速对斑马鱼中的目标基因进行编辑。

作者以nod2缺失的斑马鱼作为肠炎的研究对象。与携带正常nod2的斑马鱼相比，nod2缺失的斑马鱼在经过DSS诱导之后，他们的肠道有明显白细胞增多这一炎症标志。但是斑马鱼的模型只有在建立起与人类的相关时才有意义。对此，通过新确诊为克罗恩病的儿童的数据，作者证明了NOD2突变拷贝数的增加（与克罗恩病风险相关），确实与回肠组织中巨噬细胞及成纤维细胞表达特征增高相关。

为了理解NOD2在能够体外分化的人体细胞中的作用，作者采用了健康志愿者的外周血单个核细胞（peripheralbloodmonocyte），并确定这些细胞是否携带与克罗恩病易感性相关的NOD2突变及突变拷贝数量（0条、1条、2条）。随后研究者在体外将这些细胞在有MDP和无MDP的条件下分化。他们观察到比起携带野生型NOD2的细胞，携带两条NOD2突变的外周血单个核细胞分化而来的活化成纤维细胞数量更多。此外，NOD2突变数量的增加与具有活化细胞基因表达特征的成纤维细胞数量相应的富集相关。有趣的是，与携带野生型nod2的斑马鱼相比，在有MDP的条件下，缺失nod2的斑马鱼即使在从DSS导致的损伤恢复期间，也会持续表达具有活化成纤维细胞特征的基因。这些数据表明nod2缺失会抑制从纤维化或炎症中的有效恢复。

为了进一步阐明NOD2风险突变相关的纤维化基因表达特征的分子基础，作者搜寻了该通路上游转录调控元件。他们发现在活化的成纤维细胞及巨噬细胞中，编码STAT3的基因有着显著的上调。STAT3转录调控炎性肠病中炎症和纤维化反应中关键成分，并通过细胞因子受体gp起作用。临床数据分析表明，对靶向抗肿瘤坏死因子（TNF）蛋白治疗（抗TNF是常见的克罗恩病治疗方法）无反应的克罗恩病患中，gp所调控的编码IL-6、抑癌蛋白M、IL-11的基因均有所上调。这一发现佐证了在这些抗药性病人中gp信号传导的作用。

作者假设阻断gp或可减轻NOD2突变造成的异常。他们对经过MDP处理的携带NOD2突变的人体细胞进行gp阻断剂bazedoxifene处理，验证这一假设。Bazedoxifen确实降低纤维化基因表达特征，而且逆转了活化成纤维细胞性所特有的形状变化。这一制剂还减轻了携带nod2突变斑马鱼由DSS处理引起的肠道损伤。

从克罗恩病中纤维化的临床特征着手，该研究阐释了NOD2突变引起的克罗恩病的相关分子通路，并在结论中提供了应对纤维化和抗TNF药物耐药这些紧迫临床问题的潜在见解。这项研究以遗传学基础和临床结果支撑这一细胞和分子通路，从而为目前及未来克罗恩病的治疗开辟了道路。

目前仍存在着许多有意义的调查方向。NOD2是唯一一个目前已知的MDP识别通路，但这项研究表明MDP也可在nod2缺失的斑马鱼中引起一系列细胞及分子层面变化。这意味着仍存在未发现的MDP信号通路。Bazedoxifene起初被归类为选择性雌激素受体抑制剂[8]，这也引发一定顾虑，如果该药物被用作克罗恩病治疗，可能会给其他通路带来副作用。gp受体存在着多个可与之结合的配体，从而可产生广泛的免疫反应。因此，相较于全面抑制gp信号通路，或靶向如JAK激酶等（治疗克罗恩病的JAK激酶抑制剂正处于后期临床开发阶段）其他临床相关的信号通路而言，了解配合NOD2介导分子事件的特定gp受体，可能会带来更有效、更安全的治疗干预。

并非每个克罗恩病患者都有与疾病风险相关的NOD2突变。事实上，在特定族群个体如华裔、马来裔、印度裔中，回肠疾病虽是克罗恩病的显著临床特征，但NOD2与这些人群的疾病风险并无关联[5,9]。或许活化的巨噬细胞和成纤维细胞的分子特征是不同患有回肠克罗恩病个体的相关统一特征。很有可能不同的遗传背景会带来相同的临床和分子结果。因此，Nayar及其同事的研究结果让这个领域朝着克罗恩病的分子分类更进一步，该分类或将阐明这种复杂的病症，它有着约个与疾病风险相关联遗传区域[10]和多种临床表现。

封面来源：Unsplash

参考文献：

1.Ng,S.C.etal.Lancet,–().

2.Nayar,S.etal.Nature,–().

3.Rieder,F.,Zimmermann,E.M.,Remzi,F.H.Sandborn,W.J.Gut62,–().

4.Cuthbert,A.P.etal.Gastroenterology,–(2).

5.Sidiq,T.,Yoshihama,S.,Downs,I.Kobayashi,K.S.Front.Immunol.7,().

6.Franchi,L.,Warner,N.,Viani,K.Nu?ez,G.Immunol.Rev.,–(9).

7.Brugman,S.Dev.Comp.Immunol.64,82–92().

8.Duggan,S.T.McKeage,K.Drugs71,–().

9.Hilmi,I.,Tan,Y.M.Goh,K.L.WorldJ.Gastroenterol.12,–(6).

10.Mondal,K.Kugathasan,S.NatureRev.Gastroenterol.Hepatol.14,–

原文以AmolecularconnectionhintsathowageneticriskfactordrivesCrohn’sdisease标题发表在年4月19日的《自然》的新闻与观点版块上

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doi:10./d---z

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