Growth Factor FGF2 Cooperates with Interleukin-17 to Repair Intestinal Epithelial Damage

1.文章简介

文章题目	Growth Factor FGF2 Cooperates with Interleukin-17 to Repair Intestinal Epithelial Damage
期刊名	Immunity IF:24.08
发表时间	2015
单位	The Key Laboratory of Stem Cell Biology, Institute of Health Sciences, Shanghai Institutes for Biological Sciences, Chinese Academy of Sciences/Shanghai Jiao Tong University School of Medicine.
实验材料	Mouse
测序平台	MiSeq platform
相关产品	Metagenomic

2.研究背景

肠道微生物在营养吸收和人体免疫系统的发展过程中起到根本作用，而且肠道微生物与宿主间的共生关系在维持肠道内稳态中至关重要。肠道上皮受损后如果无法适当的修复将导致菌群结构失调，进而引发炎症反应，并最终引发炎性肠道疾病（IBD）或结直肠癌（CRC）。然而，对于肠道上皮损伤后如何修复重建肠道内稳态，以避免失调导致的疾病，我们仍然知之甚少。因此，本文旨在阐明菌群驱动的生长因子FGF2与白介素IL-17是如何协作促进修复受损的肠道上皮屏障的。

3.研究方法

研究思路
取样：选取不同品系的小鼠，构建3种类型的小鼠肠炎模型（如下图所示）。取不同时期（0天、8天）的肠炎模型小鼠粪便样本，每个样本类型6个重复，共计36个样本。
建库测序： MiSeq平台PE300测序。
信息分析：通过生物信息学分析，研究FGF2与IL-7协作修复肠道上皮损伤机制及肠道微生物群落动态变化过程。
文章亮点
作者通过精巧的实验设计表明生长因子FGF2协同Interleukin-17 (IL-17)诱导基因修复受损的肠道上表皮细胞。在该文章中失调的微生物会诱导转化生长因子β1 (TGFβ1)表达进而诱导调节性T细胞的FGF2表达. Act1是IL-17信号的调节器优先绑定到IL-17受体复合物，解除对FGF2的抑制

4.研究成果

1.FGF2或IL-17缺陷导致受损上皮细胞增加，增加促炎的微生物菌群，并因此导致DSS诱导的结肠炎模型在病理学上的恶化。
FGF2或者IL-17基因缺陷型小鼠结肠炎的表型更为严重。例如，包括体重下降，肠上皮细胞损伤增多，结肠长度缩短以及出血增加等。该结果暗示FGF2和IL-17对结肠炎的病发具有保护作用。为了进一步了解FGF2是如何发挥保护作用的，我们通过Ki67和TUNEL染色分析了细胞的增殖和凋亡。FGF2和IL-17基因缺失大大减少了DSS诱导的结肠炎小鼠的上表皮细胞增殖。该结果也表明FGF2和IL-17能够诱导上皮细胞的细胞增殖，促进修复受损的肠道上皮细胞。

2.FGF2和IL-17抑制导致肠道发炎菌群的生长，以防止结肠炎
我们对野生型和FGF2以及IL-17缺陷型小鼠的结肠炎模型的粪便进行16SRNA的基因测序，发现在DSS处理之后发现肠道细菌的成分发生了显著的变化而且其多样性也明显降低。进一步的分析表明变形门菌和疣微杆门菌在DSS处理过的野生小鼠肠胃中上调，然而在FGF和IL-17缺陷型小鼠中变形门菌大幅度上调，但是疣微杆门菌却没有明显增加。Enterobacteriacease是本研究中唯一观察到上调的的变形门细菌。肠杆菌属和大肠杆菌属于在DSS处理后的野生型小鼠粪便中均出现了上调，而在FGF和IL-17缺陷型小鼠只有大肠杆菌出现了上调。为了进一步了解大肠杆菌对结肠炎的影响，我们使用了无菌老鼠发现大肠杆菌促进了DSS诱导的结肠炎。因此我们的结果表明IL-17和FGF2缺失导致肠道中组织修复减少，微生态失调因此导致结肠炎。

3. 在结肠炎模型中，失调菌群诱导转化生长因子TGFβ1的表达，进而诱导调节性T细胞中FGF2的表达。
虽然在炎症性肠炎患者中FGF2基因表达的上调，但是其FGF2如何诱导炎症病发的机制尚不清楚。我们发现DSS处理之后的小鼠FGF2在结肠中诱导无特殊病原体（SPF），情况类似IL-17。研究发现FGF2不能诱导无菌小鼠的结肠炎，因此结果表明FGF2诱导结肠炎必须要其他微生物的支持。进一步的研究表明，IL-17和FGF2主要诱导结肠炎模型中的微生物，还发现FGF2诱导粘膜固有层淋巴细胞（LPL）。以粘膜固有层的T细胞为主的细胞是保持肠道屏障的动态平衡，因此我们下一步确定是否T细胞有助于FGF2诱导。利用Rag2缺陷型小鼠我们发现RAG2缺失会显著的影响FGF2的诱导，而CD4+T细胞转移可以修复受损的诱导，这表明CD4+细胞对于FGF2导致结肠炎非常重要。
为了了解FGF2是如何诱导CD4+T细胞，我们分析了DSS诱导的结肠炎模型中Th1，Th2和Th17和调节性T细胞群体。我们发现Th2细胞的百分比和数量都非常低，并且在DSS诱导之后除了Th2依旧没有升高之外其他的细胞数量均有增加该结果表明Th2细胞可能对FGF2诱导的结肠炎并不重要。之后发现FGF2强烈诱导体外分化的Th17和调节性T细胞。我们发现IL-17诱导细胞因子结合但是没有增加TGFβ1诱导FGF2表达。这个结果表明TGFβ1是诱导FGF2的关键，而调节性T细胞可能是FGF2的重要产物。

4. Act1优先与IL-17受体结合，解除对FGF2信号的抑制作用。
考虑到Act1需要IL-17的指令，而Act1抑制FGF2的信号，我们假设IL-17受体与GBR2相比具有较强亲和力。我们发现过表达IL-17RA会抑制GBR2与Act1结合。在IBD发病机制中，Act1优先和IL-17受体形成复合物，从而抑制Act1对FGF2诱导的影响ERK信号为组织修复的协同诱导相关基因。