克罗恩病的风险基因——NOD2
克罗恩病（Crohn’s disease）是一种慢性炎症性肠病。加拿大和德国有超过0.3%的人口患有这种疾病，而且其发病率在全球范围内呈上升趋势。由于对其发病机制缺乏了解，克罗恩病的治疗受到阻碍，需要寻找新的更好的治疗方法。
克罗恩病可影响肠道的任何部分。最常见的是影响回肠区域，引起炎症，经常导致纤维化。这导致回肠腔变窄，通常需要手术干预。克罗恩病提供了一个由基因和环境相互作用介导的疾病模型。遗传易感性是导致肠道炎症反应的基础。
NOD2基因的遗传变异是克罗恩病最强的遗传风险；大约20%的患病风险与该基因的三个单核苷酸多态性有关。此外，NOD2突变是回肠狭窄、需要手术的强预测因子。
图1 炎症性肠病的分子基础
然而，将NOD2基因与疾病易感性联系起来却呈现出一个悖论。NOD2是一种细胞内受体（图1），它识别分子胞壁酰二肽（muramyl dipeptide, MDP）——细菌细胞壁中普遍存在的一种成分。在NOD2被描述为克罗恩病的风险基因之前，NOD2在固有免疫防御中的功能已经研究得很清楚。NOD2激活导致炎症细胞因子的表达，异常强烈的炎症反应可介导克罗恩病的肠道损伤。因此，人们可能会认为，这种功能丧失的NOD2突变，不会产生功能完整的编码蛋白，可以保护人们免受克罗恩病的侵袭。
然而，NOD2功能突变被认为是该病的危险因素。因此，后续的研究重点是关注肠道NOD2生物学的不同方面，研究功能性NOD2如何维持肠道内稳态，以及NOD2突变如何扰乱这种平衡，导致疾病。
在此之前，基因突变在回肠纤维化中的作用尚不清楚。研究者试图了解克罗恩病中炎症和纤维化的原因，并通过使用人类细胞、人类肠道组织和斑马鱼模型的研究，将这些生物学观点与NOD2联系起来。
首先，研究者对克罗恩病患者在手术中切除的回肠炎症组织样本进行了单细胞测序。这些细胞显示出与活化的巨噬细胞和成纤维细胞相关的基因表达特征。
研究者还确定了一个关键的细胞类型，表达髓系和成纤维细胞谱系的标记。这些发现表明，回肠中的炎性巨噬细胞在疾病过程中分化为活化成纤维细胞。
引人注目的是，作者在肠道炎症的实验模型中——用分子葡聚糖硫酸钠（dextran sodium sulfate, DSS）处理的斑马鱼，证明了这些细胞群的进化保守性。DSS这种分子长期以来一直被用于在啮齿动物模型中诱导肠道损伤和炎症。人类炎症性肠病的体内模型主要是小鼠模型。然而，正如Nayar及其同事所证明的，斑马鱼为研究和快速评估基因与人类疾病的相关性提供了一种有用的替代方法。
事实上，斑马鱼和哺乳动物的肠道有相似的形态。此外，与人类一样，斑马鱼的免疫防御反应具有先天性和适应性分支，斑马鱼的肠道炎症也依赖于肠道微生物群落。基因编辑工具，如CRISPR，有助于快速修改斑马鱼的基因。
作者研究了NOD2缺失的斑马鱼的肠道炎症。与NOD2正常的斑马鱼相比，用DSS处理的这些鱼，肠道中的免疫细胞数量增加，这是炎症的标志。作者又利用新近诊断为克罗恩病的儿童的数据表明，NOD2突变拷贝数的增加（与克罗恩病的风险相关）确实与回肠组织中激活的巨噬细胞和成纤维细胞基因表达特征相关。
为了了解体外人体细胞中NOD2的功能，作者使用了健康志愿者的外周血单核细胞，并确定细胞是否有一两个或没有与克罗恩病易感性相关的NOD2突变拷贝。然后，分别用含MDP和不含MDP的体外培养进行细胞分化。作者观察到，与野生型NOD2细胞相比，NOD2突变的细胞中，活化成纤维细胞的数量更高。此外，NOD2突变的数量增加与成纤维细胞数目的增加有关。有趣的是，与野生型NOD2的斑马鱼相比，给予MDP的NOD2缺陷斑马鱼具有激活成纤维细胞的基因表达特征，即使在DSS介导的损伤恢复过程中也能持续存在。这些数据表明NOD2缺陷抑制了纤维化及炎症的恢复。
为了进一步阐明与NOD2风险突变相关纤维化的分子基础，作者寻找了该途径的上游转录调节因子。他们发现编码STAT3的基因在活化的成纤维细胞和巨噬细胞中明显上调。STAT3是炎症性肠病炎症反应和纤维化反应关键成分的转录调节因子，通过细胞因子受体gp130起作用。临床资料分析显示，在对靶向肿瘤坏死因子（tumour-necrosis factor, TNF）治疗无反应的克罗恩病患者中，编码IL-6、肿瘤抑制素M和IL-11蛋白的gp130调节基因表达上调。这一发现支持了gp130在这组TNF耐药患者中的信号传递作用。
作者假设阻断gp130可能会减少NOD2突变诱发的异常。他们用gp130抑制剂bazedoxifene对MDP处理的人NOD2突变细胞进行了实验。Bazedoxifene确实减轻了纤维化相关基因表达的特征，逆转了活化成纤维细胞的细胞形态变化。该药物还可减少DSS处理的NOD2突变斑马鱼肠道损伤。该研究为了解目前和未来治疗方法提供了一个路线图。
Bazedoxifene最初被认为是雌激素受体的选择性抑制剂，这引起了人们的关注，即该药物如果用作克罗恩病的治疗药物，可能会对其他信号通路产生不利影响。gp130受体具有多个配体，这些配体影响广泛的免疫反应。因此，了解协调NOD2介导的分子事件的特定gp130配体，比全局抑制gp130信号更具选择性、有效性和更安全，如Janus激酶（晚期克罗恩病抑制剂）。
并非所有克罗恩病患者的风险都与NOD2突变相关。事实上，在特定民族中，如中国人、马来人或印度人，回肠疾病是克罗恩病的一个突出临床特征，然而NOD2与该人群的疾病风险无关。这表明，不同的遗传环境可能导致相同的临床和分子结果。
Nayar及其同事的研究结果使该领域向克罗恩病的分子分类迈进了一步，该分类可能阐明了一种复杂的疾病-克罗恩病，这种疾病具有大约200个与疾病风险相关的基因区域和多种临床表现。
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