2025年发表于《Theranostics》（IF=12.5）

一、研究背景

炎症性肠病（IBD）是一种复发性、特发性疾病，由肠道上皮、共生细菌和黏膜免疫系统之间的稳态破坏引起，其发病机制尚未完全明确。目前IBD的常规治疗方法（如皮质类固醇、生物制剂）存在疗效不足、易复发等问题。研究表明，IL-10作为关键抗炎因子可调节免疫稳态，而肠道基质细胞分泌的BMP抑制剂Grem1能促进肠道干细胞（ISCs）增殖。间充质干细胞（MSCs）因其免疫调节和组织修复功能，成为潜在的药物递送载体。此外，表观遗传调控因子SETD2（H3K36甲基转移酶）被证实可通过调节氧化应激缓解实验性结肠炎，但其在IBD治疗中的应用尚未深入探索。

二、研究结果
1、Setd2缺失加重小鼠DSS（葡聚糖硫酸钠）诱导的结肠炎
将Setd2-flox小鼠（Setd2^f/f 小鼠）与Lgr5-eGFP-IRES-CreERT² 小鼠杂交，获得肠道干细胞特异性他莫昔芬诱导的Setd2敲除小鼠品系（Lgr5-eGFP-IRES-CreERT2小鼠，简称Setd2^ISC-KO 小鼠）。与预期一致，Setd2在Setd2^ISC-KO 小鼠的肠上皮中被有效消融（图 1A）Setd2^ISC-KO小鼠在DSS处理后，生存率低于Setd2^f/f小鼠，体重也减轻更多（图1B-C），结肠明显缩短（图1D），炎症程度更严重，炎症细胞浸润增多，杯状细胞和潘氏细胞减少，E-cadherin部分破坏（图1E），肠道通透性增加（图1F）；流式细胞术分析发现其免疫细胞浸润也增多（图1G）。这些结果表明ISC中Setd2的缺失会加重DSS诱导的小鼠结肠炎。

图1 ISC中Setd2的缺失加剧了DSS诱导的小鼠结肠炎

2、Setd2缺失减少小鼠ISCs增殖

Setd2在Setd2^ISC-KO 小鼠的肠隐窝中被有效消融（图2A），并且Setd2^ISC-KO小鼠小肠中Lgr5+细胞数量在第3天显著减少（图2B），Lgr5+ISCs细胞更多停滞在G1期（图2C），GFP+EdU+细胞也减少，表明Setd2缺失抑制了Lgr5+干细胞的增殖（图2D）。RNA-seq分析显示Setd2缺失导致与细胞周期相关的基因显著富集（图2E），RT-qPCR结果表明Setd2缺失降低了Grem1和IL-10的mRNA表达（图2F）。ChIP-Seq分析揭示了Grem1和IL-10基因位点的H3K36me3修饰（图2G）。这些结果表明，Setd2的缺失降低了小鼠Grem1、IL-10的表达并抑制了ISCs的增殖。

图2 Setd2的缺失降低了小鼠体内ISCs的增殖

3、AT-MSCs选择性迁移并驻留在炎症结肠中

通过流式细胞术分析，分离的AT-MSCs表达MSCs特异性标记物，且纯度高（图3A）。经慢病毒转导的AT-MSCs表达IL-10或Grem1（图3B），ELISA检测显示其分泌的Grem1和IL-10量在4,000-6,000 pg/10⁶细胞范围内（图3D）。尾静脉注射mCherry标记的AT-MSCs后，在结肠炎组织中检测到标记细胞，而在其他器官中未检测到（图3F），且AT-MSCs未显示致瘤能力（图3E），这表明其可特异性迁移并驻留在炎症结肠组织中，而不会分布在正常器官中，有可能成为靶向炎性结肠组织的安全有效的药物载体。

图3 AT-MSC选择性地迁移到并驻留在炎性结肠中

4、AT-MSCs靶向递送Grem1有效减轻DSS诱导的结肠炎

与对照组相比，Setd2^f/f小鼠和Setd2^ISC-KO小鼠在接受AT-MSCs、AT-MSCs-EV或Grem1-AT-MSCs治疗后，体重减轻减少（图4A），结肠长度缩短程度减轻（图4B），上皮损失和炎症细胞浸润减少（图4C），促炎细胞因子和趋化因子产生减少，且Setd2^ISC-KO小鼠治疗后的疗效指标显著高于Setd2^f/f小鼠（图4D），这些结果表明AT-MSCs靶向递送 Grem1可有效减轻结肠炎，并在SETD2缺陷型结肠炎中疗效更高。

图4 AT-MSC靶向递送Grem1可有效减少DSS诱导的结肠炎

5、AT-MSCs靶向递送Grem1抑制BMP信号并增加ISCs数量信号

为了研究AT-MSC靶向递送BMP抑制剂Grem1的机制，测试了BMP信号传导。在Grem1靶向递送的结肠炎中，smad4免疫荧光降低，干细胞标记基因mRNA升高，表明BMP信号受到抑制（图5A-B）。同时，Lgr5+细胞、杯状细胞和潘氏细胞数量增加（图5C-D），上皮相关蛋白如Zo-1、E-cad、Claodin-1表达也增加（图5E）。这些表明AT-MSCs靶向递送Grem1抑制BMP信号并增加ISCs数量信号传导。

图5 AT-MSC靶向递送Grem1抑制BMP信号传导并增加ISCs数量信号传导

6、AT-MSCs靶向递送IL-10减轻DSS诱导的结肠炎

为了增加治疗选择的范围，研究了靶向递送IL-10的治疗效果。对于Setd2^f/f小鼠和Setd2^ISC-KO小鼠，与PBS组相比，AT-MSC组、AT-MSC-EV组和AT-MSCs-IL-10组体重均减轻（图6A），结肠长度缩短程度减轻（图6B），上皮损失和炎症细胞浸润减少（图6C），促炎细胞因子和趋化因子产生减少，且Setd2^ISC-KO小鼠和Setd2^f/f小鼠治疗后的疗效指标无统计学差异（图6D）。这些结果表明AT-MSCs靶向递送IL-10可减轻DSS诱导的结肠炎。

图6 AT-MSC靶向递送IL-10可减少DSS诱导的结肠炎

三、研究结论
间充质干细胞（AT-MSCs）靶向递送Grem1通过抑制BMP信号通路，促进肠道干细胞增殖，修复肠道上皮，抑制炎症，在SETD2缺陷型结肠炎中疗效显著；AT-MSCs靶向递送IL-10可减少炎症细胞因子从而减轻结肠炎。且在研究中未观察到因靶向递送Grem1或IL-10导致的肠道息肉形成或结肠癌诱导。该研究为IBD治疗提供了新策略：通过AT-MSCs靶向递送Grem1和IL-10，部分克服了传统治疗中IL-10半衰期短（1.1-2.6h）的缺陷，为未来临床应用提供了潜在方向。

参考文献：
Targeted delivery of Grem1 and IL-10 separately by mesenchymal stem cells effectively mitigates SETD2-deficient inflammatory bowel disease. Theranostics. 2025.