抗肿瘤坏死因子 (TNF) 抗体虽能使部分炎症性肠病 (IBD) 患者维持缓解，但30%–50%的患者无应答且副作用显著。既往研究发现，对抗TNF治疗有应答的克罗恩病 (CD) 患者肠道中产丁酸盐的Faecalibacterium prausnitzii及其代谢产物丁酸盐丰度较高。丁酸盐作为肠道上皮细胞的主要能量来源，对维持上皮增殖、存活和抗炎反应至关重要。I型干扰素 (IFN-I) 虽是肠道上皮稳态的核心调节因子，但其在CD上皮功能障碍及治疗无应答中的作用尚不明确，尤其是上皮IFN-I信号与TNF信号、丁酸盐之间的交互关系及其对上皮屏障完整性和修复能力的影响仍待阐明。

该研究综合运用了临床样本分析、动物模型和患者来源类器官等多种方法。经伦理批准，从非IBD对照及CD供体 (包括抗TNF应答者与无应答者) 的乙状结肠非炎症区域采集活检组织，用于生成肠道类器官，并分别以丁酸盐、由TNF、IL1β和IL6组成的促炎细胞因子混合物 (CM)、阿达木单抗及抗IFN-I抗体单独或联合处理。随后从上皮通透性、增殖与凋亡、IFN-I靶基因表达及上清液细胞因子分泌等方面评估上皮功能。同时，研究重新分析了公开的人类IBD单细胞RNA测序数据集，比较CD患者抗TNF治疗前后及应答者与无应答者间的IFN-I基因表达差异，并用cDNA阵列加以验证。在机制研究方面，从肿瘤坏死因子受体1 (TNFR1) 缺陷小鼠及同窝对照生成结肠类器官，在基线未刺激条件下行批量RNA测序，通过差异表达及通路富集分析，明确上皮内源性TNF/TNFR1信号对IFN-I转录程序的调控作用。

IFN-I信号通路基因在IBD供体上皮和TNF受体1信号缺失的鼠类器官中富集

既往研究提示，抗TNF治疗无应答的IBD患者体内IFN-I信号更强。为了明确IFN-I与TNF之间的关系，研究者整合分析了现有人类和小鼠数据，发现IBD患者发炎肠上皮中IFN-I相关基因明显富集，多种IFN-I靶基因 (如IL7R、IFIH1) 在CD患者中也显著升高，提示IFN-I信号增强是CD上皮反应的一个特征。机制上，研究者用TNFR1缺陷小鼠类器官进行RNA测序，发现缺失TNFR1会导致IFN-I反应基因显著下调，并削弱先天免疫、增殖、代谢、抗病毒防御和上皮修复等相关通路，说明上皮TNF信号是维持IFN-I驱动基因程序所必需的。临床接受抗TNF治疗的患者中，应答者 (R-CD) 的IFN-I靶基因显著下降，而无应答者 (NR-CD) 几乎没有变化，提示IFN-I基因持续高表达可能与临床无应答相关，cDNA检测也得到一致结果。为排除其他炎症或药物的干扰，研究者还检测了接受乌司奴单抗、硫唑嘌呤或维得利珠单抗治疗的患者，发现IFN-I基因虽在CD中普遍升高，但无应答者与应答者之间没有一致差异，说明CD黏膜中强烈的IFN-I特征与TNF驱动关系最为密切。

图1 人IBD上皮及TNFR1缺失肠道类器官中IFN-I靶基因网络发生改变

(A) Smillie等 (2019) 单细胞RNA测序数据显示IBD供者上皮中IFN-I靶基因及相关通路富集。(B) Arijs等 (2009) 单细胞RNA测序数据显示CD供者上皮中IFN-I靶基因特异性诱导。(C) 词云确定器显示TNFR1缺失小鼠类器官中下调的IFN-I靶通路。(D) Arijs等数据显示CD供者上皮中抗TNF药物英夫利西单抗治疗前后的IFN-I靶基因。

丁酸盐差异性调节CD供体上皮增殖和IFN-I表达

由于IBD患者肠腔内丁酸盐减少，研究检测了0.1、1、10mM三个浓度对CD与非IBD类器官的作用，其中0.1mM模拟IBD时的低水平，1–10mM作为健康结肠的生理浓度。结果显示，CD类器官凋亡细胞较多，增殖与正常类器官无明显差异；在非IBD类器官中，高浓度丁酸盐抑制增殖，低浓度则促进增殖，而丁酸盐对CD类器官的增殖和凋亡均无显著影响，提示低剂量丁酸盐仅能促进正常上皮增殖，CD上皮对其缺乏反应。在屏障功能方面，0.1mM丁酸盐不改变通透性，较高浓度则增加通透性并减少干细胞；CD类器官干细胞标志物本身偏低，高浓度丁酸盐还导致修复相关干细胞丢失。但丁酸盐能选择性增强CD类器官中MUC2表达，因此研究最终选用0.1mM作为最佳剂量，以兼顾屏障完整性和修复能力。进一步检测IFN-I基因发现，多个IFN-I相关基因在CD中特异性升高；0.1mM丁酸盐可上调非IBD类器官中IFN-I靶基因的表达，但对CD类器官的IFN-I靶基因无影响，且CD类器官中部分IFN-I靶基因表达明显低于同样处理的非IBD类器官，表明CD上皮对丁酸盐的反应已受损。

图2 丁酸盐调节非IBD和CD类器官中的上皮增殖、通透性和IFN-I反应

(A) 增加浓度丁酸盐暴露后每个类器官中EdU⁺和CC3⁺细胞百分比。(B) 跨上皮转运测定丁酸盐对上皮通透性的影响。(C) 非IBD和CD供者来源类器官IFN-I靶基因mRNA水平。

丁酸盐恢复抗TNF应答型CD类器官中炎症诱导的上皮完整性和IFN-I表达增加

研究者探讨丁酸盐能否在CD炎症下恢复上皮功能。TNFR1缺陷小鼠类器官RNA-seq显示，上皮TNFR1信号缺失会抑制IFN-I反应基因并改变代谢通路，提示上皮IFN-I信号与代谢稳态密切相关，因此丁酸盐可能通过调节IFN-I相关炎症和代谢程序发挥作用。为判断丁酸盐反应差异是否源于感知或摄取能力不同，研究检测了丁酸盐相关受体，发现非IBD、R-CD和NR-CD中MCT1、GPR41、SLC5A8表达相似，CD组均未检出HCAR2，NR-CD黏膜HCAR3虽高于非IBD和R-CD，但该差异未在类器官中保留，提示受体表达不能解释丁酸盐反应差异。随后建立非IBD、R-CD和NR-CD结肠类器官炎症模型，促炎因子抑制增殖、增加凋亡和通透性，而0.1mM丁酸盐可恢复非IBD和R-CD增殖、减少其凋亡并降低非IBD通透性，但对NR-CD无改善。CD类器官还出现顶端糜烂、上皮脆性和多腔结构，NR-CD黏膜损伤更重。总体表明，丁酸盐可促进非IBD和R-CD上皮修复，而抗TNF无应答CD存在丁酸盐抵抗和更重上皮结构损伤，其修复障碍不能仅由丁酸盐受体表达差异解释。

图3 丁酸盐可挽救R-CD和非IBD类器官中炎症依赖的上皮完整性和IFN-I表达破坏  

(A) Arijs等的数据中对英夫利西单抗抗TNF抗体应答或无应答的CD供者肠道黏膜中丁酸盐受体基因。(B) CM±0.1mM丁酸盐 (72h) 暴露对非IBD和CD供者来源类器官中每个类器官EdU⁺和CC3⁺细胞百分比的影响。(C) 暴露对类器官上皮通透性的影响。(D) CM对IFN-I靶基因mRNA水平的影响。

抗IFN-I抗体治疗与丁酸盐补充对上皮完整性和IFN-I表达的差异效应

为评估丁酸盐补充与IFN-I阻断能否为CD带来治疗获益，研究者在肠道类器官中测试二者，结果呈供者特异性。抗IFN-I抗体可增加非IBD、NR-CD和R-CD的增殖。联合低剂量丁酸盐后，非IBD和R-CD增殖进一步提高，但NR-CD无额外获益。抗IFN-I抗体单用或联合丁酸盐可降低非IBD和R-CD凋亡，NR-CD无变化。通透性方面，抗IFN-I抗体单用仅改善NR-CD，而联合丁酸盐仅改善R-CD。机制上，抗IFN-I抗体选择性抑制NR-CD的IFN-I基因表达，对非IBD和R-CD无影响，联合丁酸盐未进一步增强；丁酸盐单独恢复R-CD上皮完整性，但不改变IFN-I基因表达。两种治疗均未显著改变由CM诱导产生的细胞因子。不同供者组反应不同，非IBD类器官的反应不能预测R-CD或NR-CD的结局。总体提示，抗IFN-I抗体可恢复非IBD和R-CD增殖并减少凋亡，丁酸盐进一步增强R-CD屏障完整性；而在NR-CD中，抗IFN-I抗体选择性诱导增殖、抑制IFN-I基因并改善屏障功能。

图4 丁酸盐和抗IFN抗体治疗以供者特异性方式挽救CD供者上皮完整性丧失  

(A) 在CM±0.1 mM丁酸盐处理下，评估抗IFN抗体对每个类器官EdU⁺细胞百分比的影响。(B) 评估该处理对每个类器官CC3⁺细胞百分比的影响。(C) 该处理对类器官上皮通透性的影响。(D) 检测该处理下IFN-I靶基因mRNA水平。(E) 非IBD和CD供者类器官上清液中细胞因子水平。(F) 总结丁酸盐和抗IFN抗体对非IBD和CD供者类器官上皮完整性、细胞因子及IFN-I基因表达的影响。

抗IFN-I抗体、丁酸盐和抗TNF联合治疗在CD中表现出供者特异性效应

研究者评估了丁酸盐联合抗TNF以及丁酸盐联合抗TNF和抗IFN-I抗体这两种临床相关联合方案对R-CD和NR-CD类器官上皮完整性的调节作用，并探索供者特异性治疗策略。综合各项指标，三联方案可改善非IBD和R-CD的上皮周转；屏障功能方面，三联方案可降低R-CD和NR-CD通透性，对非IBD通透性无显著影响，而非IBD屏障完整性的改善主要与丁酸盐和抗TNF相关。机制上，三联方案在NR-CD中抑制IFN-I信号相关基因和促炎细胞因子，降低通透性，恢复上皮稳态；在R-CD中抑制IFN-I相关基因和TNF，改善屏障功能；对非IBD的上述分子无明显影响。丁酸盐联合抗TNF无此调节作用。这提示NR-CD类器官呈IFN-I高上皮状态，修复和屏障功能受损，对丁酸盐及抗TNF反应降低，且供者间存在异质性，支持精准医学策略。

图5 丁酸盐以及三联方案特异性挽救接受抗TNF治疗的CD供者上皮完整性丧失 

(A) 评估0.1 mM丁酸盐±抗TNF抗体 (英夫利西单抗) 或±抗TNF抗体和抗IFN-I抗体对CM处理类器官中EdU⁺细胞百分比的影响。(B) 检测上述处理下每个类器官中CC3⁺细胞百分比。(C) 上述处理对类器官上皮通透性的影响。(D) 检测上述处理下IFN-I靶基因mRNA水平。(E) 类器官上清液中细胞因子水平。(F) 总结丁酸盐以及三联方案对类器官上皮完整性、细胞因子和IFN-I基因表达的影响。(G) 示意图总结R-CD和NR-CD患者来源结肠类器官中不同的上皮状态和反应。

本研究揭示，CD中TNF信号可维持上皮IFN-I反应，形成TNF与IFN-I轴并驱动上皮功能障碍。抗TNF无应答者上皮呈IFN-I高状态，表现为修复受损、屏障功能障碍和炎症细胞因子产生，且对丁酸盐和抗TNF治疗反应降低。低剂量丁酸盐可改善非IBD和抗TNF应答者的上皮修复，但不能挽救无应答者；抗IFN-I抗体则可选择性抑制无应答者的IFN-I信号并恢复上皮完整性，三联方案 (丁酸盐联合抗TNF和抗IFN-I抗体) 在无应答者中部分恢复屏障功能并抑制IFN-I及炎症因子。因此，上皮IFN-I基因表达和患者来源类器官功能测试有望用于CD治疗分层，支持针对上皮IFN-I通路的精准治疗策略。

致谢

中南大学湘雅三医院 张婧楠

中南大学湘雅三医院 王思丹

中南大学湘雅三医院 陈杰

中南大学湘雅三医院 王晓艳

对本篇文章解读做出的贡献

参考文献

1.Gadeock S, King M, Polk DB, Highton AJ, Fan S, Campbell C, Schultz M, Kemp RA. Targeting epithelial IFN-I signaling restores barrier integrity in anti-TNF refractory Crohn's disease. J Crohns Colitis. 2026 Sep 3;20(9):jjag140. doi: 10.1093/ecco-jcc/jjag140. PMID: 42762499; PMCID: PMC13589608.