浙江大学陈烨、邵建忠和中国医学科学院赵春华共同开发自发性炎症性肠病样表型的斑马鱼模型

2023年2月27日，浙江大学陈烨、邵建忠和中国医学科学院赵春华共同通讯在Signal Transduction and Targeted Therapy在线发表题为“A novel Trmt5-deficient zebrafish model with spontaneous inflammatory bowel disease-like phenotype”的研究论文，该研究构建了一种全新的线粒体功能缺陷斑马鱼模型并呈现出自发性炎症性肠病表型。

迄今为止，IBD的发病机制仍不清楚。近年来，大量的研究提示线粒体功能障碍与肠道炎症密切相关，在一些IBD患者和动物模型中均观察到线粒体结构和功能异常的现象。然而，大多数线粒体成份在IBD的病理生理过程中发挥的作用还是未知的，因此需要开发新的动物模型来揭示相关发病机制。

该研究团队在前期通过生物信息学分析发现TRMT5（tRNA methyltransferase 5，tRNA甲基转移酶5）在IBD患者的粘膜活检组织中表达降低，推测其可能是一个IBD相关基因，但是在啮齿类动物模型中构建trmt5敲除模型引起胚胎发育障碍进而导致胚胎致死；随后，团队构建了trmt5敲除斑马鱼模型，得益于母源性表达，trmt5^-/-斑马鱼在幼鱼期得以正常发育存活，随着母源性mRNA和蛋白质渐渐耗尽，trmt5^-/-斑马鱼逐渐出现病理变化：包括肠道长度变短、肠上皮变薄、微绒毛变短、杯状细胞减少、肠上皮细胞间紧密连接破坏、肠上皮细胞凋亡及肠道蠕动能力下降等；转录组分析结果表明，在trmt5^-/-斑马鱼中，肠道特异性基因表达下调、IBD易感基因表达失调，提示肠道缺陷的发生；此外，trmt5^-/-突变体肠道中炎症因子表达升高，中性粒细胞向肠上皮处浸润，表明肠道炎症反应激活；16s rRNA测序结果显示trmt5^-/-突变体肠道微生物种群发生改变，具有抑制炎症作用的乳酸菌科相对丰度明显减少，而在炎症条件下过度生长的肠杆菌科明显增加。以上结果表明trmt5^-/-突变体表现出炎症性肠病样表型，是一个新的自发性IBD模型。

研究团队进一步利用多组学和分子生化实验对表型发生的分子机制进行探讨，并提出了IBD进展的新模型：在母源性trmt5 mRNA 耗尽后，trmt5^-/-突变体肠上皮细胞线粒体相关基因表达失调，进而影响线粒体氧化还原过程，导致细胞凋亡增加、肠上皮紧密连接减弱，引发肠道物理屏障破坏，继而发生肠道菌群泄漏；同时，促炎因子表达增加，免疫细胞在肠道内聚集，提示免疫屏障也受到破坏；然后，可能的后续反馈导致IBD病症加重，最终导致trmt5^-/-突变体死亡。此外，在该研究中团队实验还发现益生菌鼠李糖乳杆菌（Lactobacillus rhamnosus GG, LGG）和线粒体抗氧化剂（MitoTempo）可以缓解trmt5突变体IBD样表型表达。

综上所述，该研究成功构建了第一个Trmt5缺陷的脊椎动物模型，可以用于相关IBD发病机制，以及作为开发和评估潜在治疗干预措施的平台。此外，该研究还提示了关注线粒体功能障碍可能在IBD患者中具有广泛的临床转化效用。

浙江大学医学院博士后赵琼和博士研究生常慧为共同第一作者，陈烨教授为论文通讯作者，中国医学科学院赵春华教授和浙江大学生命科学学院邵建忠教授为共同通讯作者。该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目资助。