基底膜IV型胶原通过调控GLP-1/Notch信号通路影响线虫生殖干细胞命运的机制研究

《Nature Communications》：Niche-associated Type IV collagen promotes GLP-1/Notch receptor activation in the C. elegans germline

　　本研究针对组织纤维化与Notch信号通路在癌症等疾病中的协同作用机制尚不明确的问题，通过线虫模型揭示了生态位相关IV型胶原（COL IV）积累可促进GLP-1/Notch受体活化。意外发现降低GLP-1/Notch活性会引发全身性COL IV水平升高，表明纤维化可能是Notch信号异常激活的诱因而非结果。该研究为纤维化相关疾病的治疗策略提供了新视角。

　　

随着人口老龄化进程加速，组织纤维化已成为多种慢性疾病的共同病理特征。在衰老过程中，慢性炎症反应会导致基底膜逐渐硬化，这种现象被称为纤维化，其主要表现为基底膜核心结构成分——IV型胶原（COL IV）水平的持续升高。值得注意的是，组织纤维化与Notch信号通路激活经常同时出现在癌症等炎症相关疾病中，然而这两者之间的内在联系在体内环境中始终未能得到明确阐释。

传统观点认为Notch信号通路的过度激活会促进纤维化进程，因此针对该通路的抑制剂被广泛探索作为纤维化相关疾病的潜在治疗策略。但临床研究结果却充满矛盾，这种失败可能源于非特异性Notch受体靶向药物（如γ-分泌酶抑制剂）的使用和体外模型的局限性。正是为了更精确地界定Notch信号与纤维化这两个癌症重要因素之间的体内关系，研究人员转向了遗传操作便捷的线虫模型。

在这项发表于《Nature Communications》的研究中，Pier-Olivier Martel领衔的研究团队利用秀丽隐杆线虫的生殖系统作为模型，揭示了基底膜COL IV积累与Notch信号激活之间的双向调控机制。研究发现，围绕生殖干细胞生态位的EMB-9/COL IV沉积能够促进相邻生殖干细胞中GLP-1/Notch受体的活化。更为意外的是，降低GLP-1/Notch活性反而会导致全身性COL IV水平显著升高，从而促进纤维化进程。这一发现颠覆了传统认知，表明伴随炎症衰老的全身性纤维化可能是通过促进Notch信号通路以及其他配体-受体相互作用而成为癌症的根本原因。

研究人员采用了几项关键技术方法：通过EMS诱变筛选获得mig-6L(qz2)突变体；利用CRISPR/Cas9基因编辑技术对内源基因进行荧光标记（如MIG-6L::mNG、NID-1::mNG）；建立转基因线虫株系（如EMB-9::mCherry标记COL IV）；应用体内Notch活性传感器（SALSA系统）实时监测信号通路激活状态；采用高分辨率共聚焦显微镜进行三维成像和定量分析；使用组织特异性RNAi技术靶向操纵DTC中的COL IV表达。

A basement membrane glycoprotein synergistically interacts with glp-1/Notch

研究人员首先通过EMS诱变筛选发现了一个与glp-1(gf)协同作用的新等位基因mig-6L(qz2)，该基因编码线虫Papilin同源蛋白。实验证实mig-6L(qz2)突变会导致蛋白分泌障碍，造成生殖腺基底膜中MIG-6L浓度降低。虽然单突变体不形成肿瘤，但与glp-1(gf)组合时表现出显著的胚胎和幼虫致死率协同增加，表明MIG-6L具有限制glp-1/Notch信号的作用。

MIG-6L limits DTC-associated COL IV levels

通过EMB-9::mCherry标记发现，野生型线虫远端生殖腺基底膜存在前-后不对称性，前臂COL IV水平更高。而在mig-6L(qz2)突变体中，后部DTC相关COL IV（DTC-AC）特异性增加，导致这种不对称性消失。利用NID-1/nidogen标记进一步证实了基底膜成分的前-后差异，表明前部远端生殖腺可能具有更高刚性。

GLP-1/Notch activation varies together with DTC-AC levels

研究人员采用两种独立的体内检测方法——GLP-1(NICD)::GFP切割分析和SALSA传感器，均发现Notch受体激活水平与DTC-AC含量呈正相关。在mig-6L(qz2)和lon-2(e678)突变体中，后部特异性COL IV增加都伴随相应区域GLP-1活性升高。增殖区（PZ）大小作为Notch活性的读数指标，也显示出与DTC-AC水平一致的变化模式。

GLP-1/Notch activity inversely affects COL IV levels

出乎意料的是，研究发现GLP-1/Notch活性对COL IV水平具有负向调控作用。glp-1(lf)突变体表现出DTC-AC和全身性COL IV水平的显著增加，而glp-1(gf)突变体则呈现相反趋势。通过三突变体实验证明这种调控不依赖于GLP-1受体活性本身，而是间接通过影响生殖线发育状态实现。

DTC-associated COL IV promotes GLP-1/Notch receptor activation

为确立因果关系，研究人员采用DTC特异性RNAi技术选择性降低COL IV分泌。实验发现DTC特异性emb-9(RNAi)能够显著降低DTC-AC和基底膜COL IV水平，同时导致GLP-1活性和PZ大小减小，证明生态位相关COL IV确实促进相邻生殖干细胞中Notch受体激活。

研究结论与讨论部分强调，这项工作为GLP-1/Notch活性调控增加了新层面——即生态位周围基底膜COL IV水平（很可能通过改变刚度）能够影响相邻组织内干细胞中Notch受体的激活效率。当细胞在基底膜包围的器官内快速生长增殖时，基底膜刚性可能影响跨组织细胞间信号传导。在秀丽隐杆线虫远端生殖腺中，这种机制促进了Delta-Notch相互作用，但原则上可能适用于任何其他膜结合生长因子或信号分子。

与大多数文献观点相反，本研究发现在线虫中降低GLP-1/Notch受体活性会增加COL IV基底膜沉积，而上调活性则产生相反效果。因此纤维化并非高GLP-1/Notch活性的结果，而可能是Notch信号减少的间接后果。如果这些特性在进化上保守，那么伴随炎症衰老的纤维化可能反而促进Notch过度激活，这对目前通过抑制Notch信号治疗癌症或纤维化疾病的策略提出了重要质疑。

该研究揭示了基底膜胶原积累与Notch信号激活之间存在的正反馈循环：纤维化增加基底膜刚度，促进Notch信号激活；而Notch信号缺陷又进一步加剧纤维化进程。这种双向调控机制为理解纤维化相关疾病的发生发展提供了新框架，提示针对基底膜胶原调控的治疗策略（如精确调节TGF-β信号或胶原酶活性）可能比直接靶向Notch通路更为有效和特异。