撰文 | 阿童木

ALPK1–TIFA 信號通路 是近年來發現的一條關鍵的細菌感應–炎癥應答通路 ，研究顯示細胞質蛋白TIFA能識別來源于細菌的庚糖磷酸類分子，激活NF-κB促炎通路，對感染防御和炎癥反應具有重要意義【1】。其中關鍵信號分子是 ADP-庚糖（ADP-Hep） ，它是革蘭氏陰性菌脂多糖（LPS）合成的中間產物。近年來研究發現激酶ALPK1可直接感知胞內ADP-Hep，并磷酸化TIFA，從而啟動炎癥反應【2】。盡管已有多項研究基于感染模型揭示該通路有助于識別多種革蘭氏陰性菌，其在體內的功能及與其他細菌感應機制在激活NF-κB信號中的關系仍不明確。

腸道上皮細胞（IECs）構成腸腔與宿主組織之間的重要屏障，不僅通過物理阻隔微生物入侵，還依賴杯狀細胞分泌的黏液素，以及潘氏細胞和杯狀細胞釋放的抗菌肽共同維持微環境的穩定【3】。為了維持屏障的完整性，腸道上皮具有快速更新的能力（每3–5天一輪），這一過程主要由位于隱窩底部的腸道干細胞（ISCs）完成。這些細胞與潘氏細胞共同處于近乎 無菌的“隱窩生態位” ，可持續產生吸收性和分泌性腸上皮細胞，代表性標志物為Lgr5【4】。

在腸道屏障破壞的病理情境（如感染或炎癥性腸病）下，ISCs的應激響應尤為關鍵。先前研究發現，全身γ射線誘發急性腸損傷可誘導一種特殊干細胞群體—— 復興干細胞（revSCs） 的激活，這類細胞通過YAP/TAZ與TGF-β信號通路驅動再生過程，表達Clu與Ly6a等標志物【5】。revSCs可能由腸上皮的多種成熟細胞譜系轉化而來，但目前關于其誘生機制和微生物信號是否介入，尚不清楚。

近日，多倫多大學 Scott D. Gray-Owen 和 Stephen E. Girardin 實驗室等合作在

Cell Stem Cell

Bacterial ADP-heptose triggers stem cell

regeneration in the intestinal epithelium

following injury

通過分析公共RNA-seq數據集，作者發現 腸道菌群定植可顯著上調小鼠小腸中Alpk1與Tifa的表達 。單細胞轉錄組數據及RNA原位雜交結果進一步顯示，這兩種基因在Lgr5+、Mki67+（增殖標志物）的ISCs亞群中表達顯著，提示ALPK1-TIFA通路可能在隱窩無菌屏障破壞時發揮保護性功能。在回腸類器官中，ADP-Hep相較其他典型MAMPs（如LTA、LPS、MDP等）能更強烈誘導促炎因子表達，且該反應依賴TIFA。RNA-seq與免疫印跡分析表明，ADP-Hep可在6小時內誘導典型的NF-κB促炎轉錄程序，驗證其在ISCs中介導炎癥應答的能力。因此， ALPK1-TIFA 信號軸在 ISCs 中表達并通過 NF- κB通路驅動促炎反應 。

同時， ADP-Hep還顯著抑制DNA復制相關基因，降低ISCs增殖能力 。這種效應同樣依賴TIFA，并在小鼠和人類類器官中通過caspase-8、caspase-3與PARP-1的裂解表現為典型的凋亡表型，而非程序性壞死或焦亡。進一步分析發現， ADP-Hep通過NF-κB上調Tnf表達，進而通過TNF旁分泌信號誘導ISCs凋亡 。即使在低劑量下，ADP-Hep也能誘導凋亡表型，而對炎癥基因的誘導則相對較弱。Tnf 缺失 類器官部分保留隱窩結構，提示凋亡在ADP-Hep抑制上皮增殖中發揮主要作用，但非唯一機制。

在移除ADP-Hep后，類器官可恢復新生隱窩形成，并出現Ki67陽性細胞，提示revSC程序被激活。RNA-seq顯示Ly6a、Clu與Anxa家族等 revSC標志物在ADP-Hep刺激后顯著上調 。TGF-β信號的啟動早于凋亡，且Clu與Anxa10的表達依賴于TGF-β受體。值得注意的是，即便在Tnf缺失類器官中，revSC標志物仍可被ADP-Hep誘導，但誘導程度下降，表明 TGF-β信號與凋亡協同促進revSC生成 。

為進一步厘清細胞重編程的路徑，作者通過scRNA-seq發現，ADP-Hep可選擇性清除Lgr5+ ISC群體（SC2簇），并在刺激解除后24小時實現完全恢復。構建的細胞軌跡顯示，revSCs可能源自潘氏細胞的去分化過程。潘氏細胞中YAP靶基因（如Clu、Anxa1、Areg等）表達顯著上調，而其成熟標志基因如Itln1、Defa28則下調，顯示該群體進入重編程狀態。免疫染色與譜系示蹤進一步驗證， ADP-Hep處理可誘導潘氏細胞核YAP轉位及Clu表達，從而完成向revSCs的轉化 。

在人類類器官中，ADP-Hep僅在具備潘氏細胞分化能力的培養條件下才能誘導revSC程序（如AREG上調），進一步驗證了潘氏細胞是revSCs生成的前體。利用Lyz1譜系示蹤小鼠類器官，作者觀察到ADP-Hep處理后tdTomato+細胞向隱窩帶遷移，并獲得Ki67表達，表明潘氏細胞失去原有靜止狀態，獲得多能性與增殖能力，證實 ADP-Hep通過潘氏細胞去分化誘導revSCs和上皮再生 。

體內實驗表明，在 SPF 小鼠回腸和結腸中 ADP-Hep 濃度可達數μ g/mL ，足以在類器官中激活 ALPK1-TIFA 信號。盡管穩態下隱窩結構不受影響，但在γ射線或 DSS 誘導的屏障破壞模型中， Tifa 缺失小鼠表現出 revSC 生成障礙 。用缺乏 ADP-Hep 合成能力（Δ hldE ）的 E.coli 定殖 GF 小鼠后再行輻照， revSCs 生成也會顯著減少。可見， 細菌代謝物ADP-Hep及TIFA相關信號在誘導 revSCs 和腸上皮再生中作用關鍵 。

綜上所述，本研究 明確了ALPK1-TIFA通路在腸道干細胞更新中的功能：細菌代謝物ADP-Hep通過觸發ISC凋亡和潘氏細胞去分化，啟動TGF-β/YAP依賴的再生通路，誘導潘氏細胞去分化為revSCs，從而實現干細胞群體的更新。通過單細胞轉錄組和體內功能驗證，該研究揭示了腸道微生物群參與組織再生的一個全新機制，也為干細胞可塑性和再生醫學研究提供了新的方向 。

https://doi.org/10.1016/j.stem.2025.06.009

制版人： 十一

參考文獻

1. Gaudet, R.G., et al . (2015). Cytosolic detection of the bacterial metabolite HBP activates TIFA-dependent innate immunity.Science348, 1251–1255.

2. Zhou, P., et al. (2018). Alpha-kinase 1 is a cytosolic innate immune receptor for bacterial ADP-heptose.Nature561, 122–126.

3. Jergens, A.E., et al. (2021). Rules of Engagement: Epithelial-Microbe Interactions and Inflammatory Bowel Disease.Front. Med.8, 669913.

4. Barker, N., et al. (2007). Identification of stem cells in small intestine and colon by marker gene Lgr5.Nature449, 1003–1007.

5. Morral, C., et al. (2024). p53 promotes revival stem cells in the regenerating intestine after severe radiation injury.Nat. Commun.15, 3018.

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