Life Med | 韩大力/王霞/龚文轩揭示溃疡性结肠炎患者的结肠干细胞异常转录特征的表观调控机制

溃疡性结肠炎（Ulcerative colitis, UC）是炎症性肠病（inflammatory bowel disease，IBD）的两种主要形式之一，其特征是慢性炎症和上皮屏障破坏。UC导致结肠粘膜的持续炎症，可能导致严重出血、溃疡、毒性巨结肠和暴发性结肠炎。UC是一种多样性疾病，可以通过受影响的部位（直肠炎、左侧结肠炎、直肠乙状结肠炎和全结肠炎）、治疗效果（响应或非响应）和严重程度（从轻度到中度到重度）来分类。目前尚无根治溃疡性结肠炎的方法，当前治疗的目标是减轻炎症。对这种疾病的一般认识是，免疫失调、遗传易感性和环境因素都有助于溃疡性结肠炎的进展。然而，UC潜在的复杂致病机制尚未完全理解。

近期，中国科学院北京基因组研究所研究所韩大力课题组与清华大学王霞课题组在Life Medicine杂志在线发表了题为Colonic stem cell from severe ulcerative colitis maintains environment-independent immune activation by altering chromatin accessibility and global m6A loss的研究论文。研究人员对从溃疡性结肠炎患者活检样本中分离出的结肠干细胞（colonic stem cell, CoSCs）进行了培养，通过结合RNA-seq、ATAC-seq和m6A meRIP-seq等多组学分析，揭示了溃疡性结肠炎患者的结肠干细胞异常转录特征的表观调控机制。

流程图展示结肠干细胞的获取、培养方法与相关的多组学测序

首先，研究人员收集了来自三名健康个体和六名溃疡性结肠炎患者的结肠活检组织。人类结肠干细胞被分离并培养以保持高度有克隆能力的、基础状态的特性。

随后研究人员对每个样本进行了RNA测序。基于转录组数据的溃疡性结肠炎诊断比传统的Mayo内镜评分更能在分子水平上反映溃疡性结肠炎的疾病程度，尤其是重度溃疡性结肠炎与健康个体之间的基本差异。进一步分析显示，从重度和轻度溃疡性结肠炎患者获得的结肠干细胞显示出炎症状态的表达特征，并且在体外培养的五代之后仍然保持这种特征。这说明这一表达特征受到稳定的转录调控机制调控，可以不受结肠干细胞生活环境中的细胞和趋化因子等影响。

紧接着研究人员进行了ATAC测序和m6A meRIP测序研究了染色体可及性与RNA修饰水平的变化，以解释转录组水平发生的变化。ATAC测序分析揭示了在重度溃疡性结肠炎的结肠干细胞中存在大量的特异性的染色质可及性增加，研究人员进一步发现了这些重症特异的染色质开放区域富集了有报导的与溃疡性结肠炎相关的转录因子（如JunB, AP-1 and TEAD4等）。m6A meRIP测序和m6A定量分析显示，在重度溃疡性结肠炎的结肠干细胞中mRNA上的m6A甲基化存在全局范围内减少的现象。同时对于多种mRNA m6A甲基化相关的蛋白的定量分析发现，FTO的蛋白水平在重度溃疡性结肠炎的结肠干细胞中出现了明显上调，可能与m6A甲基化的全局性减少有关。然而单一染色质可及性或者m6A修饰都不能完全解释基因表达的变化，因此研究人员进行了整合分析。整合分析发现在重度溃疡性结肠炎的结肠干细胞中，启动子区域的开放和m6A丢失的协同作用维持了高水平的转录激活。

多组学分析揭示表观调控规律

模式图展示重度溃疡性结肠炎的结肠干细胞维持异常转录激活的调控规律

总之，该研究揭示了染色质可及性和RNA m6A修饰在维持重度溃疡性结肠炎的结肠干细胞异常转录激活中的关键作用。表观遗传层面的转录与转录后调控稳定了重度溃疡性结肠炎的结肠干细胞炎症相关的转录特征，独立于结肠干细胞生活环境中的细胞和趋化因子等的影响。这一协同作用和FTO在重度溃疡性结肠炎的结肠干细胞中蛋白水平上调的发现也为溃疡性结肠炎新的药物和治疗策略的开发提供了新的思路。

中国科学院北京基因组研究所研究所韩大力研究员、清华大学王霞教授和中国科学院北京基因组研究所研究所龚文轩特别研究助理为本文的共同通讯作者，刘传东、李杰、金华和赵茜为本文的第一作者。该研究得到了北京自然科学基金、国家自然科学基金、中国科学院基础前沿科学研究计划从0到1原始创新项目、重点研发计划、中国科学院王宽诚率先人才计划卢嘉锡国际团队以及中国科学院国际合作局国际伙伴计划的经费支持。

英文全文链接：

https://doi.org/10.1093/lifemedi/lnad034

引用本文：

Chuandong Liu, Jie Li, Hua Jin, Qian Zhao, Fangle Li, Zurui Huang, Boyuan Mei, Wenxuan Gong, Xia Wang, Dali Han, Colonic stem cell from severe ulcerative colitis maintains environment-independent immune activation by altering chromatin accessibility and global m 6A loss, Life Medicine, 2023, lnad034, https://doi.org/10.1093/lifemedi/lnad034