潰瘍性結(jié)腸炎（Ulcerative colitis, UC）是炎癥性腸?。╥nflammatory bowel disease，IBD）的兩種主要形式之一，其特征是慢性炎癥和上皮屏障破壞。UC導(dǎo)致結(jié)腸粘膜的持續(xù)炎癥，可能導(dǎo)致嚴重出血、潰瘍、毒性巨結(jié)腸和暴發(fā)性結(jié)腸炎。UC是一種多樣性疾病，可以通過受影響的部位（直腸炎、左側(cè)結(jié)腸炎、直腸乙狀結(jié)腸炎和全結(jié)腸炎）、治療效果（響應(yīng)或非響應(yīng)）和嚴重程度（從輕度到中度到重度）來分類。目前尚無根治潰瘍性結(jié)腸炎的方法，當前治療的目標是減輕炎癥。對這種疾病的一般認識是，免疫失調(diào)、遺傳易感性和環(huán)境因素都有助于潰瘍性結(jié)腸炎的進展。然而，UC潛在的復(fù)雜致病機制尚未完全理解。近期，中國科學(xué)院北京基因組研究所研究所韓大力課題組與清華大學(xué)王霞課題組在Life Medicine雜志在線發(fā)表了題為Colonic stem cell from severe ulcerative colitis maintains environment-independent immune activation by altering chromatin accessibility and global m6A loss的研究論文。研究人員對從潰瘍性結(jié)腸炎患者活檢樣本中分離出的結(jié)腸干細胞（colonic stem cell, CoSCs）進行了培養(yǎng)，通過結(jié)合RNA-seq、ATAC-seq和m6A meRIP-seq等多組學(xué)分析，揭示了潰瘍性結(jié)腸炎患者的結(jié)腸干細胞異常轉(zhuǎn)錄特征的表觀調(diào)控機制。

流程圖展示結(jié)腸干細胞的獲取、培養(yǎng)方法與相關(guān)的多組學(xué)測序

首先，研究人員收集了來自三名健康個體和六名潰瘍性結(jié)腸炎患者的結(jié)腸活檢組織。人類結(jié)腸干細胞被分離并培養(yǎng)以保持高度有克隆能力的、基礎(chǔ)狀態(tài)的特性。

隨后研究人員對每個樣本進行了RNA測序?；谵D(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)的潰瘍性結(jié)腸炎診斷比傳統(tǒng)的Mayo內(nèi)鏡評分更能在分子水平上反映潰瘍性結(jié)腸炎的疾病程度，尤其是重度潰瘍性結(jié)腸炎與健康個體之間的基本差異。進一步分析顯示，從重度和輕度潰瘍性結(jié)腸炎患者獲得的結(jié)腸干細胞顯示出炎癥狀態(tài)的表達特征，并且在體外培養(yǎng)的五代之后仍然保持這種特征。這說明這一表達特征受到穩(wěn)定的轉(zhuǎn)錄調(diào)控機制調(diào)控，可以不受結(jié)腸干細胞生活環(huán)境中的細胞和趨化因子等影響。

緊接著研究人員進行了ATAC測序和m6A meRIP測序研究了染色體可及性與RNA修飾水平的變化，以解釋轉(zhuǎn)錄組水平發(fā)生的變化。ATAC測序分析揭示了在重度潰瘍性結(jié)腸炎的結(jié)腸干細胞中存在大量的特異性的染色質(zhì)可及性增加，研究人員進一步發(fā)現(xiàn)了這些重癥特異的染色質(zhì)開放區(qū)域富集了有報導(dǎo)的與潰瘍性結(jié)腸炎相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子（如JunB, AP-1 and TEAD4等）。m6A meRIP測序和m6A定量分析顯示，在重度潰瘍性結(jié)腸炎的結(jié)腸干細胞中mRNA上的m6A甲基化存在全局范圍內(nèi)減少的現(xiàn)象。同時對于多種mRNA m6A甲基化相關(guān)的蛋白的定量分析發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)TO的蛋白水平在重度潰瘍性結(jié)腸炎的結(jié)腸干細胞中出現(xiàn)了明顯上調(diào)，可能與m6A甲基化的全局性減少有關(guān)。然而單一染色質(zhì)可及性或者m6A修飾都不能完全解釋基因表達的變化，因此研究人員進行了整合分析。整合分析發(fā)現(xiàn)在重度潰瘍性結(jié)腸炎的結(jié)腸干細胞中，啟動子區(qū)域的開放和m6A丟失的協(xié)同作用維持了高水平的轉(zhuǎn)錄激活。

多組學(xué)分析揭示表觀調(diào)控規(guī)律

模式圖展示重度潰瘍性結(jié)腸炎的結(jié)腸干細胞維持異常轉(zhuǎn)錄激活的調(diào)控規(guī)律

總之，該研究揭示了染色質(zhì)可及性和RNA m6A修飾在維持重度潰瘍性結(jié)腸炎的結(jié)腸干細胞異常轉(zhuǎn)錄激活中的關(guān)鍵作用。表觀遺傳層面的轉(zhuǎn)錄與轉(zhuǎn)錄后調(diào)控穩(wěn)定了重度潰瘍性結(jié)腸炎的結(jié)腸干細胞炎癥相關(guān)的轉(zhuǎn)錄特征，獨立于結(jié)腸干細胞生活環(huán)境中的細胞和趨化因子等的影響。這一協(xié)同作用和FTO在重度潰瘍性結(jié)腸炎的結(jié)腸干細胞中蛋白水平上調(diào)的發(fā)現(xiàn)也為潰瘍性結(jié)腸炎新的藥物和治療策略的開發(fā)提供了新的思路。

中國科學(xué)院北京基因組研究所研究所韓大力研究員、清華大學(xué)王霞教授和中國科學(xué)院北京基因組研究所研究所龔文軒特別研究助理為本文的共同通訊作者，劉傳東、李杰、金華和趙茜為本文的第一作者。該研究得到了北京自然科學(xué)基金、國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院基礎(chǔ)前沿科學(xué)研究計劃從0到1原始創(chuàng)新項目、重點研發(fā)計劃、中國科學(xué)院王寬誠率先人才計劃盧嘉錫國際團隊以及中國科學(xué)院國際合作局國際伙伴計劃的經(jīng)費支持。

英文全文鏈接：

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