炎症性肠病（IBD）是一类慢性、复杂的胃肠道炎症性疾病，主要包括克罗恩病（CD）和溃疡性结肠炎（UC）。尽管已有大量研究，其确切病因仍不完全清楚，普遍认为是由遗传易感性、免疫系统异常、肠道屏障功能受损以及微生物群失调等多种因素共同导致。

近年来，全基因组关联研究（GWAS）已识别出超过 280 个与 IBD 相关的基因位点，但大多数基因变异与疾病之间的因果关系尚未明确，IBD 更可能是一系列不同病理机制导致的临床表现相似的疾病谱。

为深入理解 IBD 的发病机制，多种小鼠模型被开发用于模拟疾病的不同方面，这些模型大致可分为三类：肠道屏障损伤模型、免疫调节模型和感染模型。然而，现有的动物模型往往无法完全模拟人类 IBD 的复杂性，各模型间在免疫反应类型、细胞组成及分子通路激活等方面存在较大差异，限制了其转化应用的价值。因此，系统比较不同模型与人类疾病的分子相似性与差异，对选择合适的模型以研究特定病理机制及开发靶向治疗策略具有重要意义。

本研究通过整合转录组学分析，对 13 种常用的小鼠肠道炎症模型进行了系统研究，并与多个人类 IBD 队列进行对比，旨在揭示临床前模型与临床疾病间保守的分子特征与通路。

研究人员在 C57BL/6J 小鼠中建立了包括急性与慢性 DSS 结肠炎、Casp8 基因上皮特异性缺失所致回肠炎与结肠炎、TNBS 诱导的急慢性结肠炎、Oxazolone 结肠炎、T 细胞转移模型、肿瘤坏死因子（TNF）AU-rich 元件缺失所致回肠与结肠炎症，以及三种感染模型（E. vermiformis,   H. hepaticus,   C. rodentium）。通过结肠镜检、活体成像、粪便菌群负荷及组织学分析筛选出处于充分炎症状态的小鼠，收取发炎组织及相应对照组样本进行批量 RNA 测序，构建了炎症转录组数据库（SEPIA），并开发了交互式网络平台供数据探索与分析。此外，研究还借鉴了近期提出的分子炎症评分（bMIS）策略，建立了适用于小鼠的肠道分子炎症评分（mMIS），用于客观量化黏膜炎症水平，并通过已发表的 DSS 结肠炎时间序列数据对其有效性进行了验证。

结果显示，除 Casp8 缺失回肠炎模型外，其余所有模型均表现出 mMIS 显著升高，表明广泛的分子水平炎症激活。利用单细胞 RNA 测序数据及反卷积算法对批量转录组进行细胞组成分析发现，炎症模型中免疫细胞比例普遍上升，但各模型在巨噬细胞、中性粒细胞浸润、结肠上皮亚型丢失及间质细胞变化等方面存在显著差异，与组织学和内镜下观察到的上皮侵蚀、增生及颗粒性改变一致。

令人意外的是，部分模型中还检测到鳞状上皮样细胞的出现（如 cDSS 和 Casp8 缺失结肠炎）、肌样细胞减少（如 Casp8 缺失结肠炎、AcTNBS、Hhepa 及 Crode 感染）以及 B 细胞特征升高（如 AcDSS、cDSS 和 AcTNBS）。

IBD 小鼠模型中组织细胞组成的变化

通过标志基因表达验证进一步发现，部分细胞类型如肠道神经胶质细胞在反卷积中代表性不足，而其他一些发现如分泌性杯状细胞在 AcDSS、AcTNBS、Hhepa 和 Crode 中的丢失，以及 Hhepa、Crode 和 cTNBS 中增殖性过渡放大（TA）细胞标志物的升高，与观察到的上皮增生现象相关。

此外，研究还发现肠道神经元标志物在感染模型与 AcDSS 和 OxC 模型间存在强烈对比，B 细胞与 TA 细胞标志物间呈负相关，肠道神经元与 TA 细胞标志物间也呈现类似趋势，这些发现在蛋白水平得到进一步验证。

基因共表达网络分析（WGCNA）识别出结肠和回肠模型中多个共表达模块，其中一些模块在两类组织中均存在且与免疫调节相关。例如，结肠模块 ME6 和回肠模块 ME4 均富集于 " 炎症反应 " 相关生物学过程，并包含如 Nox2、Nfkbia、Il1b、Il18r1 等关键免疫调节基因。另一方面，结肠模块 ME2 和回肠模块 ME6 则与羧酸代谢过程相关，其中包含 Nr5a2（编码 LRH-1，参与皮质类固醇生成）、Cyp 系列基因（调控胆固醇分解）以及 Acsm3、Acss2 等与免疫代谢调节相关的基因。此外，组织及模型特异性模块也被识别，例如回肠模型中的 ME2 模块显示与 RNA 处理相关的基因（如 Wdr36、Dck1 等）上调，这些基因在 p53 应激反应中发挥作用。

与人类 IBD 数据的比较显示，小鼠模型与患者在炎症相关通路上存在显著的保守性，包括趋化因子信号、细胞因子受体相互作用、JAK-STAT 通路及 TNF 信号等。这些通路在多个模型 - 队列配对中相关性较高，尤其是感染性结肠炎模型在谷胱甘肽代谢、细胞黏附和抗原呈递等通路上与人类数据高度一致。细胞因子表达分析发现，人类 UC 中以 OSM、IL17A、IL6 和 IL11 为主导，而 TNF 表达较低；小鼠模型中细胞因子表达则存在较大差异，例如感染模型高表达 Ifng 和 Il17a，Casp8 缺失回肠炎中以 Il17a 为主，而 Osm 表达占优势的模型（如 cDSS、Casp8 缺失结肠炎、TNBS 和 OxC）则缺乏 Ifng 表达，这与先前报道的中性粒细胞来源的 OSM 抑制 T 细胞 IFN- γ 产生的现象一致。对 IBD 相关 GWAS 基因的分析进一步揭示，多数基因在模型和患者中均呈现保守的上调或下调，如炎症相关基因 NOX2、LCN2、IL6、OSM 和 REG3A 普遍上调，而上皮运输与屏障功能相关基因如 ABCB1、SLC44A4、PCK1 和 AQP8 则一致下调。

通过整合单细胞转录组数据，研究发现某些保守的生物学过程在 IBD 患者的特定细胞簇中表达，例如在 UC 患者中，TA 细胞、干细胞、未成熟肠细胞以及 M 细胞均高表达与炎症调节相关的基因；一类新型浆细胞亚群则高表达与血管生成相关的基因；炎症成纤维细胞和内皮细胞簇中羧酸代谢通路相关基因表达升高，与小鼠和人类批量转录组中该通路下调的现象形成对比，提示基质细胞在炎症中可能通过代谢重编程参与免疫调节。此外，研究还验证了上皮微绒毛和线粒体等亚细胞结构在 IBD 中的损伤，发现微绒毛结构和线粒体功能相关基因在部分小鼠模型（如 TNBS、感染模型）和人类 CD 及 UC 中均出现下调，电镜观察进一步证实了这些超微结构改变的存在。

小鼠模型间的调控共性与差异

本研究通过建立多模型转录组资源与交互分析平台，系统揭示了小鼠 IBD 模型与人类疾病在分子、细胞及亚细胞水平的保守性与差异性，为选择最适模型研究特定疾病机制提供了重要依据。研究发现，尽管各模型在免疫激活通路上与人类疾病具有较高一致性，但在代谢失调、上皮屏障功能等领域存在较大差异，提示在 targeting 这些病理过程时需谨慎选择模型。此外，研究还提示炎症中基质细胞通过代谢重编程可能发挥免疫调节作用，这为未来研究提供了新的方向。通过公开的 SEPIA 平台，研究者可快速比对和选择模型，加速 IBD 转化研究的进展。

参考资料：

[ 1 ] Gonzalez-Acera M, Patankar JV, Erkert L, et al. Integrated multimodel analysis of intestinal inflammation exposes key molecular features of preclinical and clinical IBD. Gut. 2025;74:1602-1615. doi:10.1136/gutjnl-2024-333729

撰文 | 梅斯医学

编辑 | 木白

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