大家好!本周分享的文献是2025年5月发表在Nature Immunology题为“The IL-22–oncostatin M axis promotes intestinal inflammation and tumorigenesis”的文章，影响因子为27.7分。
【研究背景】
多细胞细胞因子回路在促进肠道炎症和结直肠癌（CRC）方面起着关键作用。解码这些回路中的依赖性，可能为炎症性肠病（IBD）的发病机制及治疗靶点的优先排序提供新的见解。有趣的是，参与肠道病理生理的细胞因子在急性损伤后促进上皮修复和屏障功能，同时促进炎症、上皮转化和肿瘤发生，在慢性结肠炎中发挥双重作用。区分有益与有害细胞反应的不同机制，可能为利用这些通路获得治疗效益提供了手段。其中，Oncostatin M（OSM）可以驱动多种人类疾病的病理反应，包括银屑病、类风湿关节炎、感染和IBD。OSM在IBD患者的炎症黏膜中表达高度增加，包括溃疡性结肠炎（UC）和克罗恩病（CD），并与治疗难治性疾病密切相关.OSM由造血细胞产生，作用于携带OSM受体（OSMR）的细胞，该受体主要表达于间充质起源的组织（尤其是成纤维细胞和内皮细胞），在上皮细胞中表现较少。OSM信号传递涉及多条通路，包括STAT3、MAPK级联和PI3K，偶尔还会涉及STAT1、STAT5，甚至可能涉及STAT6。尽管OSM被认为与促进肠道炎症有关，但其基本机制尚未明确。
【研究结果】
1、肠上皮细胞在肠道炎症中上调OSMR表达
为探究在肠道炎症中参与OSM-OSMR轴的细胞成分，研究构建了Helicobacter. Hepaticus + 抗IL-10R诱导的结肠炎模型。该病的特征是长期慢性炎症和微生物菌群失调，重现了人类炎症性疾病的关键致病特征。诱导后，Osm和Osmr的表达在肠道炎症早期便上调（3-7天），并在长达30天内保持升高（图1a-c）。随后从结肠上皮细胞、基质细胞和CD45免疫细胞群体中进行单细胞测序。结果显示，肠炎组中炎症性单核细胞和中性粒细胞显著增加，同时伴随上皮和基质细胞发生了的明显变化。而在健康小鼠中，OSM表达仅在造血细胞类型中检测到（包括中性粒细胞、单核细胞、B细胞、ILCs及DCs）（图1h）。
肠道炎症时，在结肠中表达OSM的细胞数量增加；在稳定状态下，OSM在间充质细胞中广泛表达，在免疫及上皮细胞中表达缺失（图1i-j）。相反的，OSM表达在肠炎时在肠道上皮细胞中增加。通过原位杂交(ISH实验)确认了Osmr在稳定状态下表达丧失，而肠炎诱导后，上皮细胞中Osmr的表达上调比固有层更明显（图1k-l）。在IBD患者的黏膜样本中，OSM和OSMR的表达均增加。OSM主要富含炎症性单核细胞和2型树突状细胞，而OSMR则主要由炎症相关的成纤维细胞表达，与Helicobacter. Hepaticus + 抗IL-10R诱发结肠炎的模式非常相似。随后研究者在健康对照及IBD患者结肠粘膜活检样本中进行验证，通过qPCR（n=10 UC，n=8 CD）和原位杂交（n=10 UC，n=2 CD，n=5健康个体）确认IBD样本中上皮细胞的OSMR表达同样显著升高（图1m-n）。
总之，尽管OSMR的表达主要局限于健康肠道组织中的间充质细胞，但在小鼠和人类炎症条件下，IECs中OSMR表达的诱导显著。
Fig1. 上皮细胞在肠道炎症中上调OSMR
2、肠上皮细胞的OSMR表达会加剧肠道炎症
为了评估肠道炎症期间不同非造血细胞类型中OSMR表达的功能影响，研究者分别在将Osmrfl/fl小鼠与不同的Cre重组小鼠交配（为了生成具有条件性基因敲除的转基因小鼠），分别敲除上皮细胞、基质细胞和内皮细胞中的Osmr基因表达（图2a）。通过他莫昔芬（tamoxifen）处理诱导删除（以激活Cre重组酶并实现Osmr基因敲除），随后使用Helicobacter. Hepaticus + 抗IL-10R模型诱导结肠炎（图2b）。发现StromaΔOsmr、EndoΔOsmr小鼠在肠道病理上没有明显差异，相比之下，IECΔOsmr上皮细胞特异性敲除Osmr可缓解结肠炎严重程度，粪便炎症标志物（如calprotectin and lipocalin）也显著减少（图2c-f）。
进一步通过RNA-seq测序分析发现，StromaΔOsmr和EndoΔOsmr小鼠虽然相较于稳态小鼠表现出炎症相关的转录特征，但与对照组炎性小鼠无明显差异。而ΙECΔOsmr小鼠炎症特性显著减少。KEGG通路分析显示，表明Osmr删除显著影响了包括JAK-STAT信号通路、IL-17信号通路和TNF信号通路等重要的免疫和炎症相关通路（图2i）。
为了验证在不同肠炎模型中，上皮细胞的Osmr是否同样发挥致病作用，作者又选择了另一种结肠炎模型——啮齿类柠檬酸杆菌感染模型（C. rodentium），结果同样发现上皮细胞特异性敲除Osmr能显著缓解结肠炎严重度（图Eg5 a-h）。感染C.r后，结肠组织中OSM与OSMR均显著上调，其中上皮细胞的OSMR自感染第3天起即升高并持续至第21天。与Helicobacter. Hepaticus + 抗IL-10R模型一致，IECΔOsmr小鼠在感染后组织病理损伤减少，但其细菌清除能力未受影响，表明Osmr上皮细胞敲除缓解肠炎不损害宿主的防御机制。
Fig2. OSMR在上皮细胞中的表达促进肠道炎症
3、IL-22在结肠炎期间可诱导并维持肠上皮细胞中OSMR的表达
为确定Osmr在上皮细胞中表达的驱动因子，对小鼠肠道类器官施加多种炎症刺激（细胞因子、TLR 激动剂、Helicobacter. Hepaticus裂解物），qPCR分析结果显示IL-22是结肠类器官中Osmr表达的最强诱导因子（图3a）。与小鼠模型一致，在人结肠上皮类器官中，IL22可诱导OSMR的表达。
IL22在肠炎炎症中发挥复杂的多效性作用，不仅会加重肠道炎症，也会促进上皮细胞存活及再生，调节黏液蛋白和抗菌肽的表达，并在某些结肠炎模型中提供保护。在Helicobacter. Hepaticus + 抗IL-10R诱导的结肠炎模型中，IL22表达在第三天开始，持续至慢性肠炎阶段（图3b,c）。原位杂交ISH实验结果表明，IL22主要位于肠炎上皮细胞屏障周围，与表达OSMR的肠上皮细胞紧密相邻（图3d）。正常情况下，IL-22BP可以结合并中和L-22，限制其信号。但在肝螺旋杆菌联合抗IL-10R诱导的结肠炎模型中，IL-22BP 并没有被上调，因此IL-22的活性没有受到抑制，从而使IL-22信号能够持续增强并诱导上皮细胞OSMR的表达（图3c）。
为了评估IL-22在上皮Osmr表达中的功能重要性，研究者使用IL-22基因敲除小鼠（IL22–/–小鼠）中诱导结肠炎（图3e）。结果显示，IL22敲除可减少肠道炎症，并且在上皮细胞中未能上调Osmr表达（图3e,f）。此外，IL22–/–小鼠的肠道菌群发生改变，可能潜在影响肠炎的发展。为了排除这一潜在干扰，研究者Helicobacter. Hepaticus + 抗IL-10R诱导的肠炎小鼠中应用IL22的中和抗体（只阻断IL-22，不影响菌群组成），结果发现，依然能抑制上皮细胞中Osmr的表达，并减轻了结肠炎严重程度（图3g–i）。清楚地证明了IL-22对上皮OSMR的诱导是直接且必要的。
研究表明，IL-22信号必须直接作用于上皮细胞才能有效诱导Osmr表达。因此，作者在IEC特异性IL-22受体缺失小鼠（Vilcre+Il22ra1fl/fl）在结肠炎模型中同样未能上调Osmr表达，同时结肠中免疫细胞浸润减少，肠炎病理特征减少（图3j–l）当上皮细胞无法响应IL-22 进而无法表达 OSMR 时，肠道炎症便总体呈现缓解趋势。
为了确定IL-22是否对维持上皮细胞中的Osmr表达至关重要，研究者通过将IL-22敲除后观察Osmr表达的变化。结果表明，在敲除IL-22后，Osmr的表达显著下降。同样，Helicobacter. Hepaticus + 抗IL-10R诱导结肠炎后使用IL-22阻断剂进行7天治疗后，Osmr的表达也显著减少（图3m）。这进一步证实了IL-22在结肠炎过程中维持Osmr表达的必要性。
Fig3. IL-22诱导并维持上皮细胞中的OSMR表达
4、肠上皮细胞中OSMR的诱导表达依赖于STAT3
根据先前的研究，IL-22主要通过激活STAT3来发挥作用，而STAT1的激活程度较低。研究者对Eukaryotic Promoter Database（真核生物启动子数据库）进行了分析，发现Osmr基因转录起始位点上游存在STAT1和STAT3的预测结合位点，这表明IL-22通过这两个信号通路可能调控Osmr的表达。研究者使用Western blot和免疫荧光检测了健康小鼠和结肠炎小鼠中STAT1和STAT3的磷酸化情况。结果显示，在结肠炎条件下，STAT3被激活，而STAT1没有显著激活（图4a–c）。相反，STAT1的激活主要出现在固有层，而不是上皮细胞中。进一步的实验结果显示，STAT3的磷酸化在IEC中需要IL-22的刺激（图4d,e）。这一发现表明STAT3是IL-22信号在上皮细胞中的关键效应分子。
为了进一步确认STAT3在Osmr表达中的作用，研究者使用了STAT1和STAT3特异性敲除小鼠，诱导肠炎后结果显示，在缺失STAT3的IEC在结肠炎期间未能上调Osmr表达，而STAT1缺失则没有显著影响（图4f,g）。研究者进一步通过药物抑制JAK1/JAK2或STAT3来阻断IL-22的信号传导，结果发现，这些抑制剂同样都显著抑制了Osmr的上调（图4h）。进一步揭示了STAT3在IL-22信号中的重要性。
Fig4. 上皮细胞中OSMR的诱导依赖于STAT3
5、ILCs在急性结肠炎早期驱动肠上皮细胞中OSMR的表达诱导
IL-22主要由造血细胞（尤其是ILC（先天性淋巴样细胞）和TH17细胞）产生。因此，研究者在结肠炎诱导7天后通过流式细胞术分析固有层中的T细胞和ILCs，发现IL-22阳性及增殖细胞增加,IL-22细胞数量显著增加（图5a,b）。在ILCs中，IL22的产生显著增加（图5c,d）。其中，ILC3细胞是IL-22的主要产生细胞，在结肠炎过程中，这些细胞的数量增加，并且它们持续分泌IL-22（图5e,f）。IL-22的表达受IL-23的调节，而IL-23由IL-12p40和IL-23p19两个亚单位组成。研究发现，抑制IL-23信号（通过抗体阻断IL-12p40或IL-23p19）显著减少IEC中Osmr的表达，同时也降低了Il22表达并减轻了结肠炎症（图5g）。
为了揭示先天免疫细胞在肠上皮Osmr表达中的作用，研究者使用了Rag2-/-小鼠（T、B细胞缺陷）诱导结肠炎后发现Rag2–/–小鼠的结肠炎严重程度显著低于野生型小鼠，表明适应性免疫反应在肠道炎症中起着重要作用。且Rag2–/–小鼠的上皮细胞中的Osmr表达至少在14天内依然显著上调，说明先天免疫细胞分泌的IL-22足以引发持续的Osmr表达，即使没有T细胞的参与。由于ILC3细胞的发育依赖于转录因子RORγt，该转录因子由Rorc基因编码。研究者通过使用Rorc–/–Rag2–/–小鼠（缺乏ILC3细胞）进行结肠炎实验，发现这些小鼠的IL22表达和上皮Osmr表达明显减少，且结肠的组织病理学特征减轻（图5h–j）。这些发现表明IL-22可以独立于T细胞维持IECs中Osmr的表达，从而启动IL-22–OSM的炎症回路。
Fig5. ILC3促进H. hepaticus诱导结肠炎中IECs的OSMR表达
6、肠上皮细胞OSMR通过驱动STAT3信号通路促进白细胞募集
为了更好地描述结肠炎期间OSM对IECs的生物学影响，研究者首先利用单细胞RNA测序分析了稳态条件下和结肠炎高峰期（第21天）收集的上皮细胞（IEC）。结果表明，结肠炎小鼠的IEC中出现了多种与炎症相关的基因上调，如Ccl8、S100a8、Saa3和Reg3b等基因，以及多种炎症通路的激活，包括脂多糖反应、2型干扰素反应和抗原加工与呈递等（图6a,b）。PROGENY上游通路预测分析表明，JAK-STAT信号通路可能是结肠炎中上皮细胞转录反应的主要驱动因素。随后为了精确界定OSM对IEC转录的影响，研究者对IECΔOsmr小鼠（上皮细胞特异性敲除OSMR）和对照小鼠的IEC进行了RNA-seq分析（图6d）。通路分析表明，OSMR缺失的IEC中，炎症基因的表达显著减少，包括脂多糖反应和2型干扰素反应等基因（图6e）。
研究者将单细胞分析与Bulk RNA分析结合，鉴定出1700多个重叠基因（图7a）。并进行富集分析，结果显示白细胞迁移和趋化通路显著富集，提示OSM可能通过IEC调节免疫细胞的招募，加剧了肠道炎症反应。在进一步分析中，IECΔOsmr小鼠与对照小鼠的免疫细胞浸润进行比较，结果显示缺失OSMR的小鼠中，粒细胞、单核细胞和T细胞的浸润显著减少（图7d）。这表明，OSMR信号对免疫细胞的招募具有重要作用。
Fig6. 上皮细胞中的OSM信号促进STAT3的激活
Fig7. 上皮细胞中的OSM信号促进白细胞招募
7、肠上皮细胞OSMR表达是CAC发生的关键因素
慢性肠道炎症被认为是结肠癌（CRC）的一个重要风险因素，而STAT3的持续激活是结肠癌发展的关键驱动因子。研究此前已证实，OSM可在结肠炎中促进STAT3磷酸化及上皮增殖。因此，作者进一步探究OSM–OSMR信号轴在结肠癌中的功能作用，采用的是DSS/AOM模型。AOM是促癌物质，通过给小鼠使用AOM诱导上皮转化，而DSS则作为肠道刺激物，通过重复治疗小鼠来引发慢性结肠炎，从而促进肿瘤的发生。研究者首先使用了已发表的GEO数据集进行RNA转录组分析，证实了DSS/AOM模型中CRC的组织中，Osm和Osmr的表达显著上调,且这种上调与Stat3和Socs3的表达相关，这表明OSM-OSMR信号通路与STAT3的激活在肿瘤中的作用密切相关。随后通过原位杂交（ISH），结果发现在肿瘤组织的上皮细胞和基质细胞中，Osmr表达显著上调（图8a）。然而，在邻近的非肿瘤、非炎症组织中的上皮细胞中，Osmr的表达水平显著较低。接下来，在10例人类CAC患者样本中研究Osm和Osmr的空间表达和分布，与小鼠的研究结果一致：Osmr在肿瘤上皮与基质细胞中高表达，而在肿瘤相邻的非肿瘤组织中，上皮细胞几乎不表达 Osmr。qPCR分析进一步证实肿瘤组织上皮中Osmr表达水平明显上升。
为进一步探究OSM在CAC中的作用，研究者使用Osm–/–小鼠诱导DSS/AOM的肠道肿瘤模型（图8d）。结果显示，缺乏OSM的小鼠肿瘤负担显著降低（图8d）。为进一步明确OSM对肿瘤进展的作用，研究者又使用了抗-OSM抗体治疗野生型小鼠，并通过内窥镜确认肿瘤的发生。治疗后结果显示，肿瘤大小和数量显著减少（图8e），表明OSM缺乏显著降低了肿瘤负荷。同时，在抗-OSM治疗后，STAT3的磷酸化水平在结肠腺瘤中也显著下降（图8f–h），这表明OSM-OSMR信号通路通过STAT3促进肿瘤的生长和进展。
研究者使用IECΔOsmr小鼠研究Osmr在上皮细胞中的作用。通过tamoxifen诱导肿瘤发生后，Osmr缺失的小鼠肿瘤数量和大小显著减少（图8i,j），证实了OSMR信号在促进结肠炎诱导肿瘤发生中具有重要作用。进一步分析发现，IL-12/IL-23和IL-22的抑制会导致Osmr和Socs3的表达下降，并且腺瘤中Il22表达也显著减少。这些结果表明，IL-22和IL-12/IL-23在结肠癌中的OSMR维持中起着关键作用。
Fig8. 上皮细胞中的OSMR表达对CAC至关重要
【研究结论】
1.OSMR 在肠炎和 IBD 中显著上调于肠上皮细胞，是炎症的关键致病因子
2.缺失 IL-22 或 OSMR 均可显著减轻肠道炎症并降低肿瘤形成
3.IL-22通过激活STAT3并上调OSMR，直接增强肠上皮细胞对OSM的响应能力
4.OSM与IL-22协同作用，维持肠上皮细胞中STAT3的持续激活，促进促炎性上皮适应及免疫细胞向炎症肠道的趋化,形成促炎正反馈循环
5.在肠上皮细胞中条件性敲除OSMR可保护小鼠免受结肠炎和CAC的侵害，而药物阻断OSM可缓解已形成的CAC
DOI号：10.1038/s41590-025-02149-z
汇报人：吴林雅