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为解决炎症性肠病（IBD）治疗难题，温州医科大学研究人员开展了关于结肠上皮细胞衍生的成纤维细胞生长因子 1（FGF1）对肠道干细胞（ISC）分化影响的研究。结果发现 FGF1 可驱动 ISC 向杯状细胞分化，缓解 IBD，为 IBD 治疗提供新策略。
炎症性肠病（Inflammatory Bowel Disease，IBD）如同胃肠道里的 “捣蛋鬼”，是一种慢性疾病，主要包括溃疡性结肠炎（Ulcerative Colitis，UC）和克罗恩病（Crohn’s Disease，CD）。近年来，其发病率不断上升，严重威胁着人们的健康。目前的治疗方法，如 5 - 氨基水杨酸（5-ASA）、类固醇、免疫调节剂和靶向生物疗法等，只能缓解症状，大约 30% 的患者对现有疗法无响应，且这一比例还在随着治疗的推进而增加。因此，寻找新的治疗方法迫在眉睫。
肠道上皮屏障是人体抵御外界有害物质的重要防线，它由分泌谱系（杯状细胞、肠内分泌细胞和簇绒细胞）和吸收性肠上皮细胞组成，这些细胞都来源于肠道干细胞（Intestinal Stem Cell，ISC） 。其中，杯状细胞能产生黏液和抗菌肽，对维持上皮屏障的完整性至关重要。众多研究表明，IBD 的主要病理特征和诊断标准之一就是肠道上皮屏障受损，尤其是杯状细胞的缺失，这使得肠腔抗原更容易穿过上皮，引发免疫激活和炎症。所以，促进杯状细胞分化，恢复上皮屏障和黏膜免疫，成为了 IBD 治疗的潜在策略。
在这样的背景下，温州医科大学的研究人员开展了深入研究。他们发现结肠上皮来源的成纤维细胞生长因子 1（Fibroblast Growth Factor 1，FGF1）在 IBD 的发生发展中起着关键作用，并将研究成果发表在《Nature Communications》上。
研究人员采用了多种关键技术方法。首先，通过构建不同基因敲除小鼠模型，如 Villin-Cre+;Fgf1fl/fl（VilCreFgf1）小鼠，研究 IEC 特异性 Fgf1 缺失对 IBD 的影响；利用重组 FGF1（rFGF1）处理小鼠，观察其对 IBD 病理变化的改善作用。其次，运用免疫荧光染色（Immunofluorescence，IF）、蛋白质免疫印迹（Western Blotting）、实时定量聚合酶链反应（Real-Time quantitative PCR，qRT-PCR）等技术检测相关蛋白和基因的表达。还进行了转录组测序分析差异表达基因，利用染色质免疫沉淀 - 定量聚合酶链反应（Chromatin Immunoprecipitation-qRCR，ChIP-qRCR）验证转录因子与基因启动子的结合。同时，使用小鼠和人结肠类器官培养技术，探究 FGF1 对细胞分化的影响。研究样本队列来源包括 8 周龄雄性 C57BL/6 J 小鼠、BALB/c 小鼠，以及温州医科大学附属第一医院新诊断为 UC 或 CD 患者的结肠活检样本。
研究结果如下：
- FGF1 表达与 IBD 的相关性：研究人员分析正常小鼠结肠组织中 Fgfs 的表达谱，发现 Fgf1、Fgf2、Fgf7、Fgf9 和 Fgf10 在稳态条件下高表达。进一步研究表明，在 UC 和 CD 小鼠模型中，FGF1 是唯一表达下调的 FGF 成员，且其主要在 EpCAM 阳性的肠道上皮细胞（IEC）中表达。在 IBD 患者中，结肠 FGF1 水平也随着疾病进展而显著降低，并且与杯状细胞数量呈正相关。这表明 IEC 来源的 FGF1 减少可能参与了 IBD 的发病机制。
- IEC 特异性 Fgf1 缺失对 IBD 的影响：构建 VilCreFgf1 小鼠，经 DSS 或 TNBS 诱导建立 IBD 模型。结果显示，在正常饮水条件下，IEC 特异性 Fgf1 缺失对小鼠影响较小，但在 DSS 或 TNBS 刺激下，VilCreFgf1 小鼠体重下降更明显，疾病活动指数增加，结肠缩短，组织损伤加剧，杯状细胞数量显著减少，而其他细胞类型标记物无明显变化。这说明 IEC 特异性 Fgf1 缺失会加重 IBD 的严重程度，可能是通过减少杯状细胞数量实现的。
- FGF1 对 IBD 的治疗作用：给 DSS 或 TNBS 诱导的 IBD 小鼠腹腔注射 rFGF1，发现 rFGF1 能显著改善小鼠体重下降、结肠缩短和疾病活动指数增加的情况，减轻炎症反应，促进杯状细胞恢复，改善结肠上皮完整性。在 TNBS 诱导的 CD 小鼠模型中，rFGF1 也能提高小鼠存活率，减轻疾病症状。这表明 FGF1 可通过减轻杯状细胞损失和改善结肠上皮完整性来缓解 IBD。
- FGF1 促进 ISC 向杯状细胞分化：研究发现 rFGF1 对 IECs 的增殖和凋亡影响较小，但能显著上调杯状细胞终末分化因子的表达。体外培养小鼠和人结肠类器官实验表明，rFGF1 能促进类器官出芽，增加杯状细胞标记物 Muc2 的表达，而对其他细胞类型标记物无影响。这直接证明了 rFGF1 可驱动 ISC 向杯状细胞分化。
- ATOH1 介导 FGF1 对 ISC 分化的调控：对 PBS 或 rFGF1 处理的 UC 小鼠进行 RNA 测序，发现 rFGF1 显著上调了 ATOH1（一种促进 Lgr5 + 肠道干细胞向分泌谱系分化的关键转录因子）及其下游靶基因的表达。在小鼠结肠类器官中敲低 Atoh1，rFGF1 诱导的类器官出芽和 Muc2 表达增加的现象消失。在 VilCreAtoh1 杂合敲除小鼠中，rFGF1 促进杯状细胞分化的作用也明显减弱。这表明 ATOH1 介导了 FGF1 对 ISC 向杯状细胞分化的调控。
- TCF4 介导 FGF1 对 Atoh1 的转录上调：通过分析 FGF1 处理的 UC 小鼠结肠组织中差异表达基因和预测调控 Atoh1 的转录因子，发现转录因子 4（TCF4）被 rFGF1 显著上调。在 HT-29 细胞中进行荧光素酶报告基因实验和 ChIP 实验，证实了 TCF4 可与 Atoh1 启动子结合，介导 FGF1 对 Atoh1 的转录上调。在敲低 Tcf4 的类器官中，rFGF1 诱导的 Atoh1、Muc2 表达增加和类器官出芽比例上升的现象均被抑制。
- FGFR2 介导 FGF1 的作用：重新分析单细胞 RNA 测序数据集，发现 Fgfr2 在 ISCs 中高表达。IF 染色显示 FGFR2 主要表达于隐窝底部，与 Lgr5+ ISCs 重叠。对 Lgr5-EGFP-CreERT2Fgfr2 小鼠的结肠类器官进行实验，发现 rFGF1 对 Fgfr2 缺失的类器官无促进出芽和激活 TCF4-ATOH1 信号轴的作用。在体内实验中，敲除 Lgr5+ ISCs 中的 Fgfr2，rFGF1 无法改善 DSS 诱导的结肠炎症状。这表明 FGFR2 在 Lgr5+ ISCs 中介导了 FGF1 促进 TCF4-ATOH1 轴介导的杯状细胞分化和保护结肠炎的作用。
研究结论和讨论部分指出，该研究首次发现旁分泌的 FGF1 是一种上皮龛源细胞因子，可通过激活 FGFR2-TCF4-ATOH1 信号轴，精确驱动 ISC 分化为杯状细胞。这一发现为 IBD 的发病机制提供了新的见解，也为 IBD 的治疗提供了潜在的策略。与其他 FGFs 通过促进上皮细胞增殖或抑制凋亡来保护肠道上皮屏障不同，FGF1 是通过驱动 ISC 分化发挥作用，且非促有丝分裂的 rFGF1 与野生型 FGF1 具有相似的治疗效果，说明 FGF1 的治疗作用独立于其增殖活性，使其成为具有巨大转化前景的治疗靶点。然而，该研究也存在一些局限性，如 IBD 模型中肠道上皮 FGF1 表达降低的机制尚不完全清楚，非促有丝分裂的 FGF1 可能激活体内广泛分布的 FGFRs 信号，引发潜在的毒副作用。未来需要进一步研究这些问题，优化 FGF1 的设计或开发靶向递送策略，以提高其治疗 IBD 的安全性和有效性。总之，这项研究为 IBD 的治疗开辟了新的方向，具有重要的理论和临床意义。
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