异常上皮分化在先天性簇状肠病小鼠模型发病机制中的作用

Aberrant Epithelial Differentiation Contributes to Pathogenesis in a Murine Model of Congenital Tufting Enteropathy

作者信息Barun Das, Kevin Okamoto, John Rabalais, Jocelyn A Young, Kim E Barrett, Mamata Sivagnanam
PMID34198013
发布时间2021
DOI10.1016/j.jcmgh.2021.06.015

实验完整度

高

包含动物模型(突变小鼠)和离体模型(enteroid-derived monolayers),并进行了功能验证(葡萄糖耐受、酶活性)和机制验证(Notch通路)。

主要模型

突变EpCAM小鼠 肠样来源的单层培养(EDM)

重点核对

他莫昔芬诱导突变EpCAM表达(第1天和第2天给药) 小鼠年龄9-14周,雌雄均用 血糖检测:口服葡萄糖耐量试验(2 g/kg) 肠样培养:3 μM 4-羟基他莫昔芬和100 μM DAPT处理 统计方法:双尾未配对学生t检验

摘要

背景与目的:先天性簇状肠病(CTE)是一种由上皮细胞黏附分子(EpCAM)突变引起的婴儿难治性腹泻病。CTE病理的细胞和分子基础尚不清楚。我们假设CTE中EpCAM的缺失导致谱系分化改变和吸收性肠细胞缺陷,从而促成CTE的发病机制。方法:对表达CTE相关突变型EpCAM的小鼠(突变小鼠)的肠道和结肠进行了定量实时聚合酶链反应、蛋白质印迹和免疫染色的特异性标记物评估。还检测了体重、血糖和肠道酶活性。使用来源于突变小鼠的肠样(enteroids)评估主要分泌细胞数量减少是否可被拯救。结果:突变小鼠表现出刷状缘超微结构、功能、双糖酶活性和葡萄糖吸收的改变,可能导致营养吸收不良和体重增长受损。突变小鼠的细胞分化改变导致肠内分泌细胞减少和非分泌细胞增加,但肥大的吸收性肠细胞缺乏关键特征,导致刷状缘功能障碍。此外,Notch信号抑制剂DAPT处理增加了突变肠样中主要分泌细胞类型的数量(图形摘要1)。结论:突变小鼠肠道上皮细胞分化的改变有利于吸收细胞增加,以牺牲主要分泌细胞为代价。尽管吸收性肠细胞比例增加,但它们缺乏关键功能特性。我们得出结论,这些效应是CTE病理特征如吸收不良和腹泻,以及最终患者生长发育迟缓的基础。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
EpCAM突变是否导致肠道上皮细胞谱系分化异常以及吸收性肠细胞功能缺陷,从而参与CTE的发病机制?
核心机制
突变EpCAM导致Notch信号增强,NICD蛋白增加,使分化偏向吸收谱系,减少分泌谱系(ATOH1降低),导致肠内分泌细胞减少,同时吸收性肠细胞功能异常。
主要证据
突变小鼠显示肠内分泌细胞减少、非分泌细胞增加,刷状缘酶活性(乳糖酶、蔗糖酶、麦芽糖酶)降低,葡萄糖吸收受损,SGLT1和GLUT2表达下调;DAPT处理突变肠样可增加分泌细胞标志物。
研究意义
本研究揭示CTE发病机制中异常上皮分化的双重影响,为未来针对Notch信号通路的治疗策略奠定基础。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

动物模型验证

验证突变EpCAM小鼠是否表现出CTE的临床特征如体重增长受损。

对突变小鼠和对照小鼠连续5天监测体重,第1、2天注射他莫昔芬诱导突变表达。

2

营养吸收功能评估

评估突变小鼠是否存在糖吸收障碍和消化酶活性异常。

进行口服葡萄糖耐量试验,并检测十二指肠中乳糖酶、蔗糖酶、麦芽糖酶和碱性磷酸酶活性。

3

细胞分化分析

分析突变小鼠肠道上皮细胞谱系分化是否改变,特别是分泌细胞和非分泌细胞的比例。

通过免疫组化检测肠内分泌细胞标志物CHGA,并计数非分泌细胞比例;通过qRT-PCR检测干细胞和分化标志物。

4

机制研究

探究Notch信号通路在分化异常中的作用。

检测Notch信号通路相关基因表达和NICD蛋白水平,并用DAPT处理突变肠样观察分泌细胞恢复情况。

5

肠样体外验证

验证DAPT对突变肠样分泌细胞分化的恢复作用。

从突变小鼠和对照小鼠分离肠样培养,用4-羟基他莫昔芬诱导突变,并用DAPT处理,检测分泌细胞标志物表达和细胞数量。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
他莫昔芬文中未明确说明--
I型胶原酶文中未明确说明--
基质胶文中未明确说明--
ROCK抑制剂文中未明确说明--
Tgfβ抑制剂文中未明确说明--
4-羟基他莫昔芬Cayman Chemical--
DAPTAdipoGen Life Science--
Transwell插入式培养皿Corning--
乳糖酶检测试剂盒ElabscienceE-BC-K131-S
碱性磷酸酶荧光检测试剂盒Abcamab83371
葡萄糖检测试剂盒Sigma-AldrichGAGO20
小鼠胰脂肪酶ELISA试剂盒CUSABIOCSB-E16930m
小鼠胰α-淀粉酶ELISA试剂盒CUSABIOCSB-EL001689MO
抗NHE3抗体GeneTexGTX41967
抗Villin-1抗体Cell Signaling Technology2369S
抗溶菌酶抗体Thermo Fisher ScientificPA5-16668
抗CHGA抗体Abcamab15160
抗NICD抗体Millipore-Sigma07-1232
抗SGLT1抗体Everest BiotechEB09310
Vectastain Elite ABC-HRP试剂盒Vector Laboratories--
VECTOR AEC过氧化物酶底物试剂盒Vector LaboratoriesSK-4200
Vectastain Elite ABC-AP试剂盒Vector Laboratories--
VECTOR红色碱性磷酸酶底物试剂盒Vector LaboratoriesSK-5100
VECTOR抗原修复液Vector Laboratories--
山羊抗兔IgG(H+L)交叉吸附二抗,Alexa Fluor 568Thermo Fisher Scientific--
Draq5Thermo Fisher Scientific--
Prolong Gold防淬灭剂Life Technologies--
Leica共聚焦成像系统(DMI4000 B)Leica Microsystems--
Leica倒置成像系统(DMi1)Leica Microsystems--
RIPA裂解液Cell Signaling Technology--
Immobilon-PSQ PVDF膜Millipore-Sigma--
抗HES1抗体Thermo Fisher Scientific--
抗MATH1(ATOH1)抗体Developmental Studies Hybridoma Bank--
抗GLUT2抗体Abcamab54460
抗DRA抗体Abcam83545
抗villin抗体Cell Signaling Technology2369
小鼠抗β-肌动蛋白抗体Sigma-AldrichA1978
Quick RNA微量制备试剂盒Zymo Research--
iScript cDNA合成试剂盒Bio-Rad--
FastStart Universal SYBR Green预混液Thermo Fisher Scientific--
StepOnePlus实时PCR系统Applied Biosystems--
Freestyle Lite血糖仪Abbott--
DC蛋白检测试剂盒Bio-Rad--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
动物模型验证
他莫昔芬给药剂量和途径
阅读提示:Materials and Methods - Animals
糖吸收实验
血糖检测时间点:0、10、30、90分钟
阅读提示:Materials and Methods - Oral Glucose Tolerance Test
酶活性检测
乳糖酶、蔗糖酶、麦芽糖酶活性检测方法
阅读提示:Materials and Methods - Enzyme Activity Assay
细胞分化分析
肠内分泌细胞计数方法(CHGA阳性细胞百分比)
阅读提示:Materials and Methods - Immunohistochemistry
肠样培养
肠样分离和培养条件(如基质胶、生长因子等)
阅读提示:Materials and Methods - Enteroid Culture
Notch抑制实验
DAPT浓度和给药时间
阅读提示:Materials and Methods - Enteroid Culture