WNT2

引言肝窦内皮细胞(LSECs)中的NOTCH信号调节肝纤维化，这是慢性肝脏疾病的病理特征。POFUT1是NOTCH信号的重要调节因子。2024年3月6日，西安交通大学王一东、袁祖贻及吴岳共同通讯在Journal of Hepatology（IF 26）在线发表题为“Endothelial POFUT1 controls injury-induced liver fibrosis by repressing fibrinogen synthesis”的研究论文，该研究表明内皮细胞POFUT1通过抑制纤维蛋白原合成来控制损伤性肝纤维化。POFUT1缺失促进损伤诱导的LSECs毛细血管化和HSC活化，导致肝纤维化加重。RNA-seq分析显示，POFUT1缺乏可上调LSECs中纤维蛋白原的表达。与此一致的是，肝硬化患者的LSECs中纤维蛋白原升高。与对照LSECs上清液相比，用Pofut1缺失小鼠LSECs上清液处理的HSCs表现出激活加剧，这种效应通过敲低纤维蛋白原或通过药理抑制纤维蛋白原受体信号传导而减弱，表明LSECs来源的纤维蛋白原诱导了HSCs的激活。在机制上，POFUT1缺失通过增强NOTCH/HES1/STAT3信号通路来增强纤维蛋白原的表达。总之，内皮细胞POFUT1通过抑制纤维蛋白原的表达来预防损伤性肝纤维化，而纤维蛋白原是激活造血干细胞的促纤维化旁分泌信号。针对POFUT1/NOTCH/HES1/STAT3/纤维蛋白原轴的治疗为预防和治疗纤维化性肝病提供了一种有希望的策略。肝纤维化是一种细胞病理过程，以细胞外基质蛋白(主要包括胶原蛋白)的过度积累为特征，在大多数慢性肝病中均有发生。不受控制的肝纤维化可发展为肝硬化，导致门脉高压和肝衰竭，通常需要肝移植。肝星状细胞是肝脏中产生胶原的肌成纤维细胞的主要细胞来源。在对损伤的反应中，局部的、静止的HSC在一个被称为HSC激活的过程中变得增殖和纤维化，这被认为是肝纤维化的主要驱动因素。静止的HSC被来自肝脏内邻近细胞的旁分泌信号激活，包括免疫细胞、肝细胞、胆道上皮细胞和肝窦内皮细胞(LSECs)。识别这些HSC激活信号可能为治疗纤维化肝疾病提供新的靶点。LSECs是高度特化的内皮细胞，排列在肝的窦状毛细血管上，是最丰富的非实质肝细胞群。与其他器官的一般毛细血管不同，LSECs的膜上有小孔，缺乏有组织的基底膜。这些特征促进了膜的通透性，使肝细胞与动脉和门静脉血流之间的物质直接交换成为可能。LSECs在维持肝脏稳态中发挥多种功能，包括调节血管张力、抗原呈递、抗原清除，调节肝内凝固，以及维持HSC处于静止状态。此外，LSECs产生促再生血管分泌信号，包括WNT2、WNT9和HGF，以支持肝细胞增殖促进肝脏再生。在急性或慢性损伤的反应中，LSECs经历了一种被称为毛细血管化的表型开关，并对邻近细胞产生负面影响，包括肝细胞增殖的衰减和HSC的激活，导致肝纤维化。模式图（Credit: Journal of Hepatology）蛋白O-岩藻糖基转移酶1((POFUT1)是一种酶，负责通过与表皮生长因子-样(EGF-like)重复序列中的丝氨酸或苏氨酸残基的O连锁将焦点添加到蛋白。O键的焦点可以被其他糖进一步修饰，这些修饰对蛋白质功能是必不可少的。大约100种人类蛋白质含有EGF-like重复序列，其一致序列为O-聚焦。其中，NOTCH 受体(NOTCH1-4)比数据库中的其他蛋白含有更多的EGF-Like重复序列。研究表明，在黑胃果蝇和小鼠中，由于在血管发生、心脏发生、躯体发生和神经发生方面存在严重缺陷，POFUT1的缺失会导致胚胎死亡，这些表型与NOTCH基因敲除时所见的表型相似。Pofut1和Notch1突变体之间的这种表型相似性表明Notch1可能是Pofut1的靶点。事实上，NOTCH受体的O-聚焦化对于NOTCH配体的正确结合以及下游NOTCH信号的启动至关重要。该研究使用内皮特异性缺失POFUT1的小鼠系研究了POFUT1在损伤性肝纤维化中的功能。研究结果显示，POFUT1的缺失加重了四氯化碳(CCl4)或胆管结扎(BDL) 手术引起的肝纤维化。在机制上，POFUT1缺失导致NOTCH信号升高，随后STAT3通路激活，进而诱导LSECs中的纤维蛋白原表达。与小鼠研究的观察结果一致，发现肝硬化患者LSECs中纤维蛋白原水平上调。此外，LSECs来源的纤维蛋白原促进HSC活化，从而导致肝纤维化加重。总之，该研究结果确定纤维蛋白原是LSECs产生的一种新的促纤维化旁分泌信号，可以靶向治疗纤维化性肝病。原文链接https://doi-org.libproxy1.nus.edu.sg/10.1016/j.jhep.2024.02.032责编|探索君排版|探索君文章来源|“iNature”End往期精选围观一文读透细胞死亡(Cell Death) | 24年Cell重磅综述（长文收藏版）热文Nature | 破除传统：为何我们需要重新思考肿瘤的命名方式热文Nature | 2024年值得关注的七项技术热文Nature | 自身免疫性疾病能被治愈吗？科学家们终于看到了希望热文CRISPR技术进化史 | 24年Cell综述

Two proteins ensure that cells can take up iron when needed. If both control proteins are switched off in mice, the animals develop severe anemia, as expected. Surprisingly, at the same time a cell type of the innate immune defense, the neutrophils, also dramatically decreases. Iron deficiency, a known defense mechanism against infectious pathogens, is a double edged sword, as it simultaneously curbs the defensive power of an important arm of the innate immune system. Two proteins ensure that cells can take up iron when needed. If both control proteins are switched off in mice, the animals develop severe anemia, as expected. Supprisingly, at the same time a cell type of the innate immune defense, the neutrophils, also dramatically decreases, as scientists from the German Cancer Research Center now have shown for the first time. Iron deficiency, a known defense mechanism against infectious pathogens, is a double edged sword, as it simultaneously curbs the defensive power of an important arm of the innate immune system. A balanced iron metabolism is an essential prerequisite for our health. Drugs that target iron deficiency or iron excess are among the most widely prescribed therapies worldwide. The fact that iron is an indispensable component of the blood is almost common knowledge: The metal is an important component of the blood pigment hemoglobin, which is responsible for transporting oxygen in the red blood cells. The iron supply to the cells is controlled by the two proteins IRP-1 and IRP-2. If the cell lacks iron, IRP-1 and IRP-2 crank up the production of the various iron transporter proteins that take iron into the cell. IRP-1 and IRP-2 also ensure that an equally dangerous excess of iron does not occur. IRP-1 and IRP-2 are essential for survival: mice lacking both control proteins during embryonic development die while still in the womb. But what happens when IRP-1 and IRP-2 fail in adult mice? A team led by Bruno Galy at DKFZ has now investigated this in mice whose IRP production can be shut down by injecting a drug. As the researchers had expected, the most striking change after IRPs were switched off was a pronounced decrease in red blood cells. Due to the lack of hemoglobin, these erythrocytes reached only a minimal size. However, the researchers were surprised to see that white blood cells also decreased extremely. Closer examination revealed that this decline was mainly due to a deficiency of neutrophils. These immune cells account for up to two-thirds of white blood cells in humans and are an important component of the innate immune system. This decline is not a caused by a mass death of neutrophils, but a developmental blockade in the hematopoietic system: the precursor cells in the bone marrow no longer develop into mature neutrophils, as this differentiation process is apparently iron-dependent. Other types of white blood cells, such as monocytes, were not affected by the IRP-dependent developmental blockade. Iron limitation is a double-edged sword "This strong iron dependence of neutrophils was previously unknown. It possibly affects the immune defense against bacterial pathogens," says Bruno Galy. Interestingly, on the other hand, iron deficiency is one of the body's defense strategies in bacterial infections: many pathogens are dependent on iron. To slow down their multiplication, the body hoards the metal in certain cells that serve as a storage chamber to make it more difficult for pathogens to access this valuable resource. Another publication in the same issue of the journal Science Advances, in which Galy is also involved, demonstrates that iron deficiency in blood serum, as typically occurs with infections, leads to a decrease in neutrophils in mice and limits the ability of these immune cells to fight bacteria. "Iron deficiency apparently modulates the innate immune system. It suppresses the maturation of neutrophils and also throttles their defensive power," says Bruno Galy, adding: "The limitation of available iron is apparently a double-edged sword: On the one hand, the body thereby prevents bacteria from spreading. On the other hand, the function of an important arm of the innate immune system suffers." Not only infections but also inflammations often lead to iron deficiency and thus to anemia. Cancer patients whose disease is accompanied by chronic inflammatory conditions are therefore often affected by anemia, which can severely limit their quality of life. "Next, we want to investigate whether iron deficiency in chronic inflammation also impairs immune function," Galy says. Michael Bonadonna, Sandro Altamura Elisabeth Tybl, Gael Palais, Maria Qatato, Maria Polycarpou-Schwarz, Martin Schneider, Christina Kalk, Wibke Rüdiger, Alina Ertl, Natasha Anstee, Ruzhica Bogeska, Dominic Helm, Michael D. Milsom, Bruno Galy: Iron regulatory protein (IRP-)mediated iron homeostasis is critical for neutrophil development and differentiation in the bone marrow.

结直肠癌（CRC）是世界第三高发癌症。 结直肠癌（CRC）是世界第三高发癌症。 CRC的发生发展遵循明确的规律，即由肠息肉转变为腺瘤，最后转变为腺癌。 据统计，80%的CRC带有抑癌基因APC缺失或功能丧失型突变。在肿瘤发生早期，APC突变会导致WNT通路上调以及肠上皮细胞增生。随后，其他癌症驱动基因激活（例如KRAS突变），或抑癌基因失活（例如TP53突变），会进一步促进肿瘤的恶性转化[1]。 目前，大部分CRC的研究着重于对晚期肿瘤的分析，而且分析精度局限于肿瘤整体层面，忽略了对肿瘤早期发展过程以及肿瘤微环境的关注。因此，肠上皮细胞癌变的过程，及在此过程中组织微环境中其他组分的功能，是当前CRC领域亟待解决的问题。 近日，由斯坦福大学医学院的Michael P. Snyder 和Willian J. Greenleaf领衔的研究团队，在《自然·遗传学》期刊发表了关于结直肠癌发生过程的重要研究成果[2]。 该研究团队收集了27个正常肠组织，48个肠息肉和6个CRC样本。利用这些组织，研究人员在单细胞层面建立了正常肠组织→肠息肉→CRC的转化过程中的染色质可及性和转录组图谱。 他们不仅发现肠息肉和CRC组织中都存在一群新的具有干细胞表型的上皮细胞群体，还在高级别的息肉中发现了富集的干细胞样上皮细胞，以及肿瘤微环境中的调节性Ｔ细胞（Tregs）和癌前相关成纤维细胞（preCAFs）也有所增加。 该研究第一次在单细胞层面描述了CRC癌前转化的特征，分析了造成这些特征变化的分子机制，填补了对CRC癌前转化的研究的缺失，并为癌前病变的分期和癌症风险的预测提供了详细的参考。 由于APC突变在CRC中极为普遍，而且对CRC的早期发生至关重要，因此该团队决定利用由APC胚系突变导致的家族性腺瘤性息肉病（FAP）作为研究模型。FAP患者的特征是其结肠内会形成超过100枚具有不同分期和分子层面差异的腺瘤性息肉，且这些息肉大部分会发展为CRC。 为了更全面地了解肠癌的发生发展过程，研究人员收集了健康人的结肠组织，FAP及非FAP患者的肠息肉和CRC组织。研究人员利用单细胞核转录组测序（snRNA-seq）和单细胞染色质转座酶可及性测序（scATAC-seq），来分析和比较不同阶段组织的转录组和表观遗传组的差异。 研究人员首先简单地将组织中的细胞分为上皮细胞，免疫细胞和基质细胞。在聚集分析中，来源于不同组织的免疫细胞和基质细胞均表现出明显的聚集性。而上皮细胞则呈分散式分布，形成正常组织，息肉和CRC亚群。因此，研究人员将不同组织中的免疫细胞和基质细胞分别作为整体进行分析，而将来源于不同组织的上皮细胞分别进行分析。 随后，研究人员参考已知标志基因的表达状态，对snRNA-seq数据进行注释，同时利用标志基因的染色体活跃值（在一个基因区域的染色体可及性程度）对scATAC-seq数据进行注释。 基于scATAC-seq数据，研究人员发现了一群CRC中特有的耗竭性T细胞。这群细胞的T细胞耗竭标志基因区域有高染色体活跃值，同时在耗竭性T细胞特有的DNA基序区域（例如NR4A，RUNX，CEFB，JUN，FOS和BATF）也有高染色体可及性。 另外，snRNA-seq和scATAC-seq都显示，相对于正常组织，息肉和CRC中富集调节性T细胞（Tregs），而且这些Tregs在息肉到CRC转换中持续增加，提示这些Tregs可能参与癌前转化的免疫逃逸。与这些Tregs相反，息肉和CRC中的初始B细胞，记忆型B细胞和生发中心细胞则相对正常组织有所减少。 在对基质细胞亚群的分析中，研究人员发现成纤维细胞亚群在正常组织到癌组织的转化中也有很大变化。 首先，研究人员发现了一群CRC中特有的癌相关成纤维细胞（CAFs），而且这些CAFs的染色质可及性是由转录因子RUNX1特异性调控的。 其次，通过对scATAC-seq数据的聚集分析，研究人员发现了另一群在息肉和CRC中都富集的成纤维细胞。这些细胞的染色质可及性与CAFs有部分相似（例如WNT2基因区域），因此研究人员将这群成纤维细胞定义为癌前相关成纤维细胞（preCAFs）。研究人员推断这些preCAFs可能与CAFs有相似的功能，并可能促进癌前病变的恶性转化。 研究人员还在息肉和癌组织中观察到很多具有干细胞特性的上皮细胞，而且这些干细胞样细胞的丰度随着恶性转化而上升。 基于snRNA-seq和scATAC-seq建立的细胞状态转换轨迹，研究人员发现在正常组织→息肉→CRC的恶性转化中，干细胞样上皮细胞的基因表达和染色体可及性都呈递进式变化。与之相反，分化成熟的肠细胞在恶性转化中则减少，其中杯状细胞的减少尤为明显。 因此，研究人员推断这群具有干细胞特性的细胞可能代表了癌症干细胞，而杯状细胞的缺失或许也会促进肿瘤发生。 除此之外，研究人员通过表观遗传组学分析还发现，在正常组织→息肉→癌组织的转化中，染色体发生有序的打开和关闭，同时癌症相关基因也发生有序的上调或下调。在不同的阶段，调控元件和转录因子的活性和特异性也有所不同。 在转化早期，具有转录因子TCF和LEF结合基序的染色质区域的可及性上调，由此可以推断WNT通路也逐渐上调。与此同时，调控肠干细胞命运的主要基因ASCL2的基序结合区域的染色体可及性，在息肉和CRC中也呈现上调趋势。这与研究人员观察到的干细胞样细胞群体的扩大相符。 具有转录因子HNF4A结合基序的染色质区域的可及性则表现出更高的波动性，这一区域的活性在转化早期降低，而在恶性转化阶段升高。研究人员由此推断HNF4A在息肉和CRC中可能有不同的功能。在息肉中，HNF4A活性的降低或许使WNT通路得以被激活，而在CRC中，HNF4A可能通过驱动染色质可及性变化来调控癌症特异基因的表达。 最后，研究人员还观察到，息肉中的染色质可及性程度和CRC中的DNA甲基化程度呈高度负相关。DNA甲基化异常是导致CRC发生的一个重要因素。因此，研究人员建议，可以利用该负相关性检测癌前病变，来找出具有恶化潜质的息肉组织并进行移除，进而达到预防结直肠癌的发生的目的。 总的来说，这个研究在单细胞层面揭示了在CRC恶性转化过程中染色质可及性，基因表达，DNA甲基化以及组织中细胞组分的变化。