研究背景
肠道上皮是人体抵御病原体的首要屏障，其持续更新依赖于隐窝基部的肠道干细胞(ISCs)。其中，Lgr5+ ISCs是维持上皮稳态与损伤后再生的核心细胞群体。长期以来，学界普遍认为ISCs在抗感染中处于被动地位，主要依赖邻近的潘氏细胞分泌抗菌肽(AMPs)或成熟肠上皮细胞(IECs)的炎症小体激活(如焦亡或细胞挤出)来清除病原体。然而，当沙门氏菌等胞内侵袭性病原体直接感染隐窝干细胞时，ISCs自身是否具备主动的免疫感应与应答能力，始终是未被阐明的关键科学问题。
2026年5月，Nature Immunology发表了一篇题为“An inflammasome-driven differentiation program in intestinal stem cells protects against Salmonella infection”的研究论文，揭示了Lgr5+ ISCs在感知胞内沙门氏菌后，可通过ASC(由Pycard基因编码)介导的炎症小体信号，启动快速的分化重编程，转向AMP富集的潘氏细胞命运，从而增强局部抗菌防御并限制病原体在隐窝中的持续存在。
研究方法
本研究是一项多模型整合的基础与转化研究，旨在阐明Lgr5+ ISCs在沙门氏菌感染早期的干细胞固有免疫应答机制及其分子调控通路。研究采用C57BL/6J野生型小鼠及多种基因工程小鼠模型，通过口服灌胃方式给予5×10⁸ c.f.u.的GFP标记鼠伤寒沙门氏菌(S.Tm)SL1344株，于感染后0、12、24、72及144小时收集小肠上皮细胞。
实验分组包括：①野生型感染组与PBS对照组;②Lgr5-CreERT2;Rosa26LSL-tdTomato谱系示踪小鼠，用于追踪ISCs向潘氏细胞的分化轨迹;③Lgr5-CreERT2;Pycardfl/fl条件性敲除小鼠(PycardΔISC)，用于特异性敲除ISCs中的ASC蛋白;④Vil1-CreERT2;Pycardfl/fl小鼠(PycardΔIEC)，用于全上皮细胞ASC敲除;⑤免疫缺陷TKO小鼠(Rag2-/-;CD47-/-;Il2rγ-/-)，排除适应性免疫的干扰。体外实验部分采用Lgr5-GFP报告小鼠分选的ISCs、潘氏细胞及小肠类器官，以MOI=10进行体外感染，结合泛半胱天冬酶抑制剂Z-VAD-FMK(20μM)或半胱天冬酶-1/4抑制剂VX-765(30μM)进行信号通路干预。人类验证部分采用远端回肠活检来源的人源类器官及CRISPR-Cas9介导的PYCARD敲除克隆。技术手段涵盖scRNA-seq、流式细胞术、免疫荧光、CLEM、定量蛋白质组学及细菌负荷定量。
研究结果
▌感染早期以增殖重塑为主，未见显著细胞死亡
沙门氏菌感染后24小时，小肠隐窝出现明显的增殖扩展，Ki67+细胞数量显著增加，隐窝长度延长，但TUNEL及CC3染色均为阴性。这表明感染初期的主要上皮反应是细胞增殖与结构重塑，而非凋亡或焦亡。
▌单细胞转录组揭示沙门氏菌入侵特异性上皮重塑
通过EpCAM+分选结合10x Genomics scRNA-seq，研究共获得22,674个高质量上皮细胞转录组。分析显示，感染后24小时干细胞比例显著下降，而潘氏细胞、肠上皮细胞及TA细胞比例升高。利用GFP标记细菌结合庆大霉素处理排除胞外菌干扰，研究成功富集了真正被入侵的EpCAM+GFP+细胞。结果显示，近端肠上皮细胞和潘氏细胞是沙门氏菌的主要入侵靶标，其中潘氏细胞在GFP+群体中的富集程度高达4倍。被入侵的Lgr5+ ISCs表现出显著的潘氏细胞基因特征上调，包括Defa24、Defa31等防御素基因及Lyz1溶菌酶基因，同时伴随Wnt/β-catenin及Notch信号通路的激活。
▌谱系示踪证实ISCs向潘氏细胞快速分化
采用Lgr5-CreERT2;Rosa26LSL-tdTomato小鼠进行谱系示踪(scPulse-seq)，在感染同时给予他莫昔芬诱导tdTomato表达。结果显示，感染后24小时tdTomato+细胞中ISC-I、ISC-II亚群比例显著下降，而潘氏细胞及其前体细胞比例显著扩张。DPT分析显示，感染组干细胞向潘氏细胞谱系的分化轨迹明显加速。流式细胞术定量显示，新生潘氏细胞(tdTomato+CD24+SSC-Ahigh)在EpCAM+tdTomato+细胞中的比例显著升高(P=0.0354)，且该现象在72小时及144小时持续存在。值得注意的是，这种分化增强仅见于活菌感染组，热灭活菌或侵袭力缺陷的ΔΔSPI-1/SPI-2突变株感染组未见此效应，证明细胞入侵是该分化程序的必要条件。
▌潘氏细胞分化有效限制沙门氏菌持续感染
体外功能实验显示，从感染小鼠中分选的新生潘氏细胞与对照组潘氏细胞一样，具有有限的类器官形成能力，表明其已丧失干细胞多能性，成为功能定型的抗菌效应细胞。细菌存活实验表明，感染后12小时，ISCs中仍可检测到沙门氏菌存活，而潘氏细胞中的细菌已被完全清除;至24小时，两组均无活菌检出。蛋白质组学分析显示，感染后的潘氏细胞中溶酶体/晚期内体相关蛋白(如Lamp1、Lamp2)、抗氧化酶(Sod1、Selenom)及AMP(Lyz1、Defa1)的表达随时间梯度上调，提示其通过增强溶酶体降解与氧化应激防御来清除胞内菌。
▌炎症小体ASC信号是驱动ISC分化的核心机制
单细胞数据显示Lgr5+ ISCs高表达NLRs家族成员，尤其是Nlrp6。体外感染分选的Lgr5+ ISCs后，其上清中IL-1α/β及IL-18的分泌水平显著高于感染的潘氏细胞，表明炎症小体激活具有ISC特异性。泛半胱天冬酶抑制剂Z-VAD-FMK处理可显著降低IL-1α/β分泌，并抑制感染诱导的潘氏细胞分化(P=6.64×10⁻⁶)。
在Pycard条件性敲除小鼠中，感染后24小时PycardΔISC隐窝的Lgr5+ ISC数量未像野生型那样显著减少，且GFP+(即Pycard敲除)隐窝中的Lyz1+潘氏细胞数量较GFP-(野生型)隐窝减少约15%(P=4.23×10⁻⁴)。谱系示踪模型(PycardΔISC+dTom)进一步证实，ASC缺失显著削弱了感染诱导的新生潘氏细胞分化(P=0.0039)，Lgr5及Smoc2等干细胞标志物表达无显著变化，而Lyz1及Mptx2等潘氏细胞标志物上调受阻。全上皮ASC敲除(PycardΔIEC)小鼠在感染144小时后，隐窝及脾脏中的细菌负荷较对照组升高约10倍(P=0.0132及P=0.0089)，证明ASC介导的ISC防御反应对限制局部及系统性细菌播散均至关重要。
▌人类类器官验证机制保守性
人源回肠类器官感染实验显示，活沙门氏菌感染可显著促进潘氏细胞谱系扩张，而热灭活菌无此效应。Z-VAD-FMK或VX-765处理均可抑制该分化反应。CRISPR-Cas9构建的PYCARD-/-人源类器官克隆在感染后未能显示潘氏细胞谱系的显著上调(P>0.999)，证实ASC/炎症小体依赖的ISC分化程序在哺乳动物中高度保守。
▌克罗恩病患者ISCs富集沙门氏菌入侵特征
研究构建了跨实验的共识沙门氏菌入侵基因签名(81个正向基因+85个负向基因)。并在已发表的克罗恩病患者末端回肠单细胞数据集中验证。结果显示，该签名在炎症区域ISCs中显著富集(P=8.87×10⁻⁸)，在非炎症区域呈趋势性升高。在成人SOURCE队列及儿童RISK队列的批量转录组-16S rRNA联合分析中，该签名PC2在克罗恩病患者中显著高于非IBD对照(P=4.1×10⁻⁵)，且与肠杆菌科机会致病菌E.fergusonii(ASV05780)的丰度呈正相关(Spearman ρ=0.42,P=0.0094)，提示该防御机制在IBD中可能被持续激活或失调。
总结
本研究的突破在于证明ISCs本身就是细菌入侵的主动传感器，其通过ASC炎症小体感知胞内沙门氏菌后，启动抗菌效应细胞的快速分化，从而在清除感染干细胞的同时，增强隐窝局部的抗菌防御能力。这种“以分化换安全”的策略，既避免了干细胞池的持续感染，又通过生成潘氏细胞补充了抗菌防线，实现了组织再生与免疫防御的双重目标。本研究通过人源类器官及克罗恩病队列分析，证实该机制的物种保守性，并提示其在人类肠道炎症中的潜在病理生理意义，为开发靶向干细胞-免疫互作的新型治疗策略提供了理论基础。
参考文献
[1]LEBON S, HABSHUSH MENACHEM A, DAVIDZOHN N,et al.An inflammasome-driven differentiation program in intestinal stem cells protects against Salmonella infection[J].Nat Immunol,2026.DOI:10.1038/s41590-026-02514-6.
ldquo;医学论坛网”发布医学领域研究成果和解读，供专业人员科研参考，不作为诊疗标准，使用需根据具体情况评估。
作者提示：健康医疗分享，仅供参考
(文章中部分图片由AI生成)
研究背景
肠道上皮是人体抵御病原体的首要屏障，其持续更新依赖于隐窝基部的肠道干细胞(ISCs)。其中，Lgr5+ ISCs是维持上皮稳态与损伤后再生的核心细胞群体。长期以来，学界普遍认为ISCs在抗感染中处于被动地位，主要依赖邻近的潘氏细胞分泌抗菌肽(AMPs)或成熟肠上皮细胞(IECs)的炎症小体激活(如焦亡或细胞挤出)来清除病原体。然而，当沙门氏菌等胞内侵袭性病原体直接感染隐窝干细胞时，ISCs自身是否具备主动的免疫感应与应答能力，始终是未被阐明的关键科学问题。
2026年5月，Nature Immunology发表了一篇题为“An inflammasome-driven differentiation program in intestinal stem cells protects against Salmonella infection”的研究论文，揭示了Lgr5+ ISCs在感知胞内沙门氏菌后，可通过ASC(由Pycard基因编码)介导的炎症小体信号，启动快速的分化重编程，转向AMP富集的潘氏细胞命运，从而增强局部抗菌防御并限制病原体在隐窝中的持续存在。
研究方法
本研究是一项多模型整合的基础与转化研究，旨在阐明Lgr5+ ISCs在沙门氏菌感染早期的干细胞固有免疫应答机制及其分子调控通路。研究采用C57BL/6J野生型小鼠及多种基因工程小鼠模型，通过口服灌胃方式给予5×10⁸ c.f.u.的GFP标记鼠伤寒沙门氏菌(S.Tm)SL1344株，于感染后0、12、24、72及144小时收集小肠上皮细胞。
实验分组包括：①野生型感染组与PBS对照组;②Lgr5-CreERT2;Rosa26LSL-tdTomato谱系示踪小鼠，用于追踪ISCs向潘氏细胞的分化轨迹;③Lgr5-CreERT2;Pycardfl/fl条件性敲除小鼠(PycardΔISC)，用于特异性敲除ISCs中的ASC蛋白;④Vil1-CreERT2;Pycardfl/fl小鼠(PycardΔIEC)，用于全上皮细胞ASC敲除;⑤免疫缺陷TKO小鼠(Rag2-/-;CD47-/-;Il2rγ-/-)，排除适应性免疫的干扰。体外实验部分采用Lgr5-GFP报告小鼠分选的ISCs、潘氏细胞及小肠类器官，以MOI=10进行体外感染，结合泛半胱天冬酶抑制剂Z-VAD-FMK(20μM)或半胱天冬酶-1/4抑制剂VX-765(30μM)进行信号通路干预。人类验证部分采用远端回肠活检来源的人源类器官及CRISPR-Cas9介导的PYCARD敲除克隆。技术手段涵盖scRNA-seq、流式细胞术、免疫荧光、CLEM、定量蛋白质组学及细菌负荷定量。
研究结果
▌感染早期以增殖重塑为主，未见显著细胞死亡
沙门氏菌感染后24小时，小肠隐窝出现明显的增殖扩展，Ki67+细胞数量显著增加，隐窝长度延长，但TUNEL及CC3染色均为阴性。这表明感染初期的主要上皮反应是细胞增殖与结构重塑，而非凋亡或焦亡。
▌单细胞转录组揭示沙门氏菌入侵特异性上皮重塑
通过EpCAM+分选结合10x Genomics scRNA-seq，研究共获得22,674个高质量上皮细胞转录组。分析显示，感染后24小时干细胞比例显著下降，而潘氏细胞、肠上皮细胞及TA细胞比例升高。利用GFP标记细菌结合庆大霉素处理排除胞外菌干扰，研究成功富集了真正被入侵的EpCAM+GFP+细胞。结果显示，近端肠上皮细胞和潘氏细胞是沙门氏菌的主要入侵靶标，其中潘氏细胞在GFP+群体中的富集程度高达4倍。被入侵的Lgr5+ ISCs表现出显著的潘氏细胞基因特征上调，包括Defa24、Defa31等防御素基因及Lyz1溶菌酶基因，同时伴随Wnt/β-catenin及Notch信号通路的激活。
▌谱系示踪证实ISCs向潘氏细胞快速分化
采用Lgr5-CreERT2;Rosa26LSL-tdTomato小鼠进行谱系示踪(scPulse-seq)，在感染同时给予他莫昔芬诱导tdTomato表达。结果显示，感染后24小时tdTomato+细胞中ISC-I、ISC-II亚群比例显著下降，而潘氏细胞及其前体细胞比例显著扩张。DPT分析显示，感染组干细胞向潘氏细胞谱系的分化轨迹明显加速。流式细胞术定量显示，新生潘氏细胞(tdTomato+CD24+SSC-Ahigh)在EpCAM+tdTomato+细胞中的比例显著升高(P=0.0354)，且该现象在72小时及144小时持续存在。值得注意的是，这种分化增强仅见于活菌感染组，热灭活菌或侵袭力缺陷的ΔΔSPI-1/SPI-2突变株感染组未见此效应，证明细胞入侵是该分化程序的必要条件。
▌潘氏细胞分化有效限制沙门氏菌持续感染
体外功能实验显示，从感染小鼠中分选的新生潘氏细胞与对照组潘氏细胞一样，具有有限的类器官形成能力，表明其已丧失干细胞多能性，成为功能定型的抗菌效应细胞。细菌存活实验表明，感染后12小时，ISCs中仍可检测到沙门氏菌存活，而潘氏细胞中的细菌已被完全清除;至24小时，两组均无活菌检出。蛋白质组学分析显示，感染后的潘氏细胞中溶酶体/晚期内体相关蛋白(如Lamp1、Lamp2)、抗氧化酶(Sod1、Selenom)及AMP(Lyz1、Defa1)的表达随时间梯度上调，提示其通过增强溶酶体降解与氧化应激防御来清除胞内菌。
▌炎症小体ASC信号是驱动ISC分化的核心机制
单细胞数据显示Lgr5+ ISCs高表达NLRs家族成员，尤其是Nlrp6。体外感染分选的Lgr5+ ISCs后，其上清中IL-1α/β及IL-18的分泌水平显著高于感染的潘氏细胞，表明炎症小体激活具有ISC特异性。泛半胱天冬酶抑制剂Z-VAD-FMK处理可显著降低IL-1α/β分泌，并抑制感染诱导的潘氏细胞分化(P=6.64×10⁻⁶)。
在Pycard条件性敲除小鼠中，感染后24小时PycardΔISC隐窝的Lgr5+ ISC数量未像野生型那样显著减少，且GFP+(即Pycard敲除)隐窝中的Lyz1+潘氏细胞数量较GFP-(野生型)隐窝减少约15%(P=4.23×10⁻⁴)。谱系示踪模型(PycardΔISC+dTom)进一步证实，ASC缺失显著削弱了感染诱导的新生潘氏细胞分化(P=0.0039)，Lgr5及Smoc2等干细胞标志物表达无显著变化，而Lyz1及Mptx2等潘氏细胞标志物上调受阻。全上皮ASC敲除(PycardΔIEC)小鼠在感染144小时后，隐窝及脾脏中的细菌负荷较对照组升高约10倍(P=0.0132及P=0.0089)，证明ASC介导的ISC防御反应对限制局部及系统性细菌播散均至关重要。
▌人类类器官验证机制保守性
人源回肠类器官感染实验显示，活沙门氏菌感染可显著促进潘氏细胞谱系扩张，而热灭活菌无此效应。Z-VAD-FMK或VX-765处理均可抑制该分化反应。CRISPR-Cas9构建的PYCARD-/-人源类器官克隆在感染后未能显示潘氏细胞谱系的显著上调(P>0.999)，证实ASC/炎症小体依赖的ISC分化程序在哺乳动物中高度保守。
▌克罗恩病患者ISCs富集沙门氏菌入侵特征
研究构建了跨实验的共识沙门氏菌入侵基因签名(81个正向基因+85个负向基因)。并在已发表的克罗恩病患者末端回肠单细胞数据集中验证。结果显示，该签名在炎症区域ISCs中显著富集(P=8.87×10⁻⁸)，在非炎症区域呈趋势性升高。在成人SOURCE队列及儿童RISK队列的批量转录组-16S rRNA联合分析中，该签名PC2在克罗恩病患者中显著高于非IBD对照(P=4.1×10⁻⁵)，且与肠杆菌科机会致病菌E.fergusonii(ASV05780)的丰度呈正相关(Spearman ρ=0.42,P=0.0094)，提示该防御机制在IBD中可能被持续激活或失调。
总结
本研究的突破在于证明ISCs本身就是细菌入侵的主动传感器，其通过ASC炎症小体感知胞内沙门氏菌后，启动抗菌效应细胞的快速分化，从而在清除感染干细胞的同时，增强隐窝局部的抗菌防御能力。这种“以分化换安全”的策略，既避免了干细胞池的持续感染，又通过生成潘氏细胞补充了抗菌防线，实现了组织再生与免疫防御的双重目标。本研究通过人源类器官及克罗恩病队列分析，证实该机制的物种保守性，并提示其在人类肠道炎症中的潜在病理生理意义，为开发靶向干细胞-免疫互作的新型治疗策略提供了理论基础。
参考文献
[1]LEBON S, HABSHUSH MENACHEM A, DAVIDZOHN N,et al.An inflammasome-driven differentiation program in intestinal stem cells protects against Salmonella infection[J].Nat Immunol,2026.DOI:10.1038/s41590-026-02514-6.
ldquo;医学论坛网”发布医学领域研究成果和解读，供专业人员科研参考，不作为诊疗标准，使用需根据具体情况评估。
作者提示：健康医疗分享，仅供参考
(文章中部分图片由AI生成)
