《Biomaterials》：Cerium-based nanoplatforms inhibiting goblet cell–associated antigen passages to stabilize barrier function in ulcerative colitis
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本研究設計硫酸軟骨素包覆的氧化鈰納米平臺（BA-CS/CeO?），通過抑制潰瘍性結腸炎（UC）早期GAPs異常開口穩定腸道屏障，減少炎癥反應。納米平臺兼具ROS清除能力與CT影像追蹤功能，為UC治療監測提供新策略。
作者：毛唐 | 周來賢 | 范海濤
中國重慶市重慶市重慶醫科大學第二附屬醫院超聲科，郵編400010
摘要
潰瘍性結腸炎（UC）是一種慢性結腸炎癥性疾病，其特征是黏膜炎癥和潰瘍的反復發作。由于治療耐藥性和復發率較高，管理UC仍然具有挑戰性，因此迫切需要新的策略來針對疾病的根本機制，以實現長期緩解。最近的研究強調了腸杯狀細胞（GCs）的功能異質性，而不僅僅是它們在黏液分泌中的傳統作用。杯狀細胞相關通道（GAPs）已被確定為將抗原傳遞到固有層免疫細胞的途徑。GAPs的過度開放會導致屏障功能障礙和黏膜炎癥，這表明GAPs是一個有前景的治療靶點。在這項研究中，我們設計了一種硫酸軟骨素包覆的鈰納米平臺（CS/CeO?），并加載了BAPTA-AM（BA）以穩定結腸的屏障功能。簡而言之，BA用于在結腸炎的早期階段抑制GAPs的過度開放，從而減輕異常的免疫激活。同時，CeO?作為載體限制了BA的自由擴散。此外，CS能夠有效靶向潰瘍性病變，使CeO?充分發揮其清除活性氧（ROS）和CT成像的能力。經口服給藥后，BA-CS/CeO?成功抑制了DSS誘導的結腸炎小鼠中異常的GAPs開放，增強了腸道屏障的完整性，恢復了黏液層厚度和上皮緊密連接，并減少了免疫細胞的浸潤。總體而言，這項工作利用了GCs的異質性來重建腸道屏障的穩態，通過調節GAPs、清除ROS和CT監測，為UC提供了一種有前景的納米治療策略。
引言
潰瘍性結腸炎（UC）是一種慢性結腸炎癥性疾病，具有復雜的致病因素，通常表現為復發-緩解的過程，需要終生醫療管理[1]。盡管治療方法有所進步，但長期緩解率仍然很低——例如，即使在接受治療的情況下，也只有大約40%的患者在一年內保持臨床緩解[2]。許多患者對現有藥物沒有反應或出現繼發性反應喪失，導致癥狀復發[3]。這些限制突顯了早期穩定屏障功能的重要性，因為維持屏障完整性對于防止抗原轉運、減少免疫激活和改善UC的長期治療結果至關重要[4,5]。長期以來，杯狀細胞（GCs）一直被視為功能均勻的細胞，其公認的作用是分泌構成腸道黏液屏障的黏蛋白[6]。然而，研究人員最近越來越重視GCs的異質性，因為單細胞分析發現了具有功能差異的不同GC亞型[7]。例如，在隱窩之間的表面上皮中發現了一個隱窩間GC亞群，在感知腸道微生物入侵中起著重要作用[8]。此外，IBD組織的單細胞RNA測序顯示，在炎癥期間缺乏TBX10表達的未成熟GCs減少，而一組由HES6和MKI67標記的增殖GCs出現[9]。這些發現表明，GCs并不是一個均勻的細胞類型；相反，它們包含在腸道穩態和防御中具有專門作用的不同亞群[7,10]。這種新興的異質性促使人們更仔細地研究不同GC亞群如何影響疾病，并可能對其進行差異性靶向。
值得注意的是，關于GCs異質功能的研究強調了杯狀細胞相關抗原通道（GAPs）的關鍵作用。GAPs是由GCs形成的跨細胞通道，允許腔內抗原到達下方的免疫細胞。在生理條件下，只有有限數量的GAPs開放，以向固有層傳遞少量抗原，從而促進口服耐受性和維持腸道免疫穩態[11,12]。然而，當屏障穩態被破壞時，GAPs會異常活躍，過度傳遞腔內抗原，從而導致不適當的免疫激活。例如，實驗性地將GAPs保持開放4天會導致中性粒細胞吸引趨化因子CXCL1、促炎細胞因子IL-6和IL-17的顯著增加，以及中性粒細胞的顯著浸潤[12]。同樣，廣譜抗生素治療——會擾亂腸道微生物平衡——被發現會促進GAPs的形成，使共生細菌和腔內抗原通過GAPs穿過上皮，從而觸發針對通常無害抗原的炎癥免疫反應[13]。事實上，IBD主要是由遺傳易感個體的黏膜免疫反應對腔內抗原的失調引起的，這是由于腸道屏障功能受損和宿主-微生物群相互作用紊亂所致[14]。越來越多的證據表明，GCs是黏膜免疫調節的積極參與者，GCs的功能障礙可能會促進腔內抗原持續暴露于免疫細胞，從而加劇異常炎癥[15,16]。這些發現表明，GCs可能在腸道炎癥性疾病（尤其是潰瘍性結腸炎（UC）的發病機制中發揮以前未被充分認識的作用，在UC中，GCs的減少和黏液屏障缺陷是其特征[14]。
實際上，結腸通常含有胃腸道中最高的GCs密度，因此這些細胞不僅分泌黏液以建立穩定的腸道微生物群黏液屏障[5,17]，還是維持細胞屏障完整性的結腸上皮的重要組成部分[18]。因此，GCs代表了連接黏液、上皮和免疫屏障的核心樞紐。旨在保護GCs數量和穩定其功能的治療策略可以恢復這些受損的防御屏障，減輕腸道炎癥。因此，我們設計了氧化鈰納米顆粒（CeO?），并加載了硫酸軟骨素（CS）和BAPTA-AM（BA），以在黏膜炎癥的早期階段調節GAPs的異常活動（圖1）。BA是一種已被證明能通過降低細胞內鈣水平有效抑制GAPs功能的化合物[19]。同時，CeO?作為載體限制了BA的自由擴散，并通過其清除活性氧（ROS）和CT成像能力提供多功能性[20,21]。此外，由于對CD44受體的高親和力以及強烈的負電荷，CS增強了針對UC病變的特異性靶向和持久性[22,23]，從而提高了BA-CS/CeO?的治療和診斷潛力。我們的結果顯示，經口服給藥BA-CS/CeO?在DSS誘導的結腸炎小鼠中成功抑制了GAPs的開放，使屏障功能更加穩定。此外，非侵入性CT成像還顯示BA-CS/CeO?在炎癥部位持續存在的時間較長。總體而言，我們的發現為UC的綜合治療和監測提供了新的視角。
1,2-雙(2-氨基苯氧基)乙烷-N,N,N′,N′-四乙酸乙酰氧甲基酯（BAPTA-AM）、硫酸軟骨素和六水合硝酸鈰（Ce(NO?)?·6H?O）購自Aladdin（中國上海）。用于誘導結腸炎的右旋糖酐硫酸鈉（DSS）也購自Aladdin（中國上海）。用于上皮和緊密連接蛋白免疫熒光的抗-MUC2、抗-F4/80、抗-Ly6G、抗-TNF-α、抗-IL-1β、抗-ZO-1和抗-occludin一抗來自Abcam
通過一系列化學反應，我們成功合成了BA-CS/CeO?納米顆粒。透射電子顯微鏡（TEM）顯示，未經處理的CeO?納米顆粒容易聚集，直徑超過300 nm。相比之下，BA-CS/CeO?具有更好的分散性，直徑約為100 nm，這可以歸因于CS涂層，它增加了表面負電荷，提供了強烈的靜電排斥力，從而防止了顆粒的進一步聚集
長期以來，GCs被認為是一個功能單一的細胞群體，其唯一功能是分泌黏液并形成黏液屏障。然而，最近的單細胞轉錄組分析確定了在位置和功能上存在差異的多種GC亞型，推翻了GCs僅僅是簡單黏液生產者的觀點[7]。GAPs代表了GCs在腸道中的新發現的作用，作為將腔內抗原傳遞到上皮下方免疫細胞的通道。這一現象首次被報道
本研究提出了一種基于調節GAPs的UC新治療策略。設計的BA-CS/CeO?納米平臺成功抑制了早期GAPs的開放，并保持了GCs的功能。通過清除ROS，它進一步維持了屏障穩定性并減輕了炎癥。同時，其CT成像能力實現了潰瘍性病變的可視化，適用于治療診斷應用。總體而言，這項工作為針對GAPs的治療提供了新的見解，并強調了GCs的重要性
毛唐：撰寫原始草案、方法學、數據分析、概念化。
周來賢：軟件、資源。
范海濤：資源、資金獲取。
作者聲明他們沒有已知的可能會影響本文報告工作的財務利益或個人關系。
本工作得到了國家自然科學基金（批準號：82572233）的財政支持。
