miR-181a-5p在BMP4调控下的肠道细胞分化

肠道黏膜通过持续的增殖、分化和凋亡过程进行动态更新。肠道上皮细胞(IEC)的分化机制对于理解正常的肠道适应和异常的肠道生长至关重要。骨形态发生蛋白(BMP)信号通路是调节肠道增殖和分化的关键因素，但其在肠道中的分子机制尚未完全明确。

2025年5月28日，发表在Cell Death & Disease上题为miR-181a-5p mediates the effects of BMP4 on intestinal cell proliferation and differentiation 的研究旨在探讨BMP4在肠道细胞增殖和分化中的作用及其分子机制。揭示了BMP4通过miR-181a-5p和糖酵解信号通路在维持肠道上皮细胞增殖和分化中的关键作用。

研究发现，BMP4处理可增加肠细胞标志物的表达，抑制IEC的增殖，并降低miR-181a-5p的表达。通过锁定核酸(LNA)miR-181a-5p抑制剂处理可显著增加肠细胞的分化，并抑制肠道干细胞的自我更新。此外，体内给予LNA miR-181a-5p抑制剂可增强肠细胞分化并抑制细胞增殖。研究还发现，BMP4处理或抑制miR-181a-5p可抑制己糖激酶(HK)1的表达并抑制糖酵解。一致地，敲低HK1或使用2-脱氧葡萄糖(2-DG)抑制糖酵解可促进肠细胞成熟并抑制IEC的增殖。本研究为miR-181a-5p在BMP4诱导的肠细胞分化和抑制IEC增殖中的作用提供了证据。

图示描述

1) BMP4对人类十二指肠和小鼠空肠类器官的影响。图1表明，BMP4处理后，人类十二指肠类器官中肠细胞标志物KRT20、APOA4、FABP1和VILLIN表达上升，类器官变小，ISC标志物OLFM4 mRNA水平下降，说明BMP4促进肠细胞分化，抑制ISC自我更新。小鼠空肠类器官中，BMP4同样增加肠细胞标志物表达，抑制IEC增殖，降低OLFM4、Ki67和CCND1表达，证实BMP4在人类和小鼠肠细胞成熟及IEC增殖中起关键作用，为理解其在肠道稳态中的功能提供依据。

图1

2) miR-181家族是BMP4在IEC中的下游靶点。图2揭示，BMP4处理使小鼠空肠类器官中miR-181家族四个成员表达下调，其中miR-181a-5p表达量最高。使用BMP I型受体激酶抑制剂LDN-193189减弱了BMP4对miR-181a-5p表达的抑制，部分抵消了BMP4诱导的IAP活性增加和IEC增殖抑制。人类十二指肠类器官中也观察到BMP4对miR-181a-5p表达的抑制，表明miR-181a-5p在BMP4信号通路中关键调控IEC分化和增殖。

图2

3) 抑制miR-181a-5p促进小鼠IEC分化。图3显示，小鼠空肠类器官中miR-181a-5p过表达抑制肠细胞标志物IAP和FABP1表达。而LNA miR-181a-5p抑制剂处理后，肠细胞标志物IAP、APOA4、FABP1、VILLIN、KRT20和Na,K-ATPase mRNA表达上升，IAP活性提高，蛋白水平上VILLIN、APOA4和FABP1表达增加，免疫荧光分析也证实KRT20、Na,K-ATPase和VILLIN表达上升，表明miR-181a-5p抑制剂促进肠细胞分化，增强肠细胞成熟。

图3

4) miR-181a-5p抑制剂抑制小鼠IEC增殖。图4呈现，小鼠空肠类器官经LNA miR-181a-5p抑制剂处理，Ki67和cyclin D1阳性细胞数量减少，OLFM4 mRNA和cyclin D1蛋白表达降低，说明miR-181a-5p抑制剂抑制IEC增殖活性，减少干细胞自我更新。C57BL/6小鼠体内实验中，miR-181a-5p抑制剂处理后，小肠组织中cyclin D1表达和Ki67阳性细胞数量下降，证实其在体内对IEC增殖的抑制作用，揭示miR-181a-5p在调节IEC增殖和分化中的关键作用。

图4

5) 抑制miR-181a-5p促进人类IEC分化。图5指出，人类十二指肠类器官经LNA miR-181a-5p抑制剂处理，肠细胞标志物IAP、APOA4、FABP1、VILLIN和Na,K-ATPase表达上升，内源性miR-181a-5p表达下降，免疫荧光染色证实KRT20、Na,K-ATPase和VILLIN蛋白表达增加，表明miR-181a-5p抑制剂促进人类IEC分化，与小鼠IEC中发现一致，证实miR-181a-5p在调控IEC分化中的保守作用，为理解其在肠道稳态中的功能提供依据。

图5

6) 抑制miR-181a-5p抑制人类IEC增殖。图6体现，人类十二指肠类器官经LNA miR-181a-5p抑制剂处理，类器官形成能力下降，Ki67和cyclin D1阳性细胞数量减少，cyclin D1蛋白表达受抑制，说明miR-181a-5p抑制剂抑制人类IEC增殖活性，减少干细胞自我更新，揭示其在调控人类IEC增殖和分化中的重要作用，为研究人类肠道稳态调控机制提供新视角。

图6

7) BMP4/miR-181a-5p通路调控IEC中的糖酵解。图7表明，miR-181a-5p抑制剂处理的小鼠空肠类器官ECAR显著降低，糖酵解能力下降，对OCR影响小。检测发现，miR-181a-5p抑制剂降低小鼠和人类IEC中HK1蛋白表达。BMP4处理也抑制IEC的ECAR，说明BMP4通过抑制miR-181a-5p表达调节糖酵解，进而影响IEC功能。

图7

全文总结

本研究揭示了BMP4通过miR-181a-5p调控肠道细胞增殖与分化的新机制。实验发现，BMP4处理可增加肠细胞标志物表达，抑制IEC增殖，并降低miR-181a-5p表达。使用LNA miR-181a-5p抑制剂能显著增强肠细胞分化，表现为肠细胞标志物表达上升、IAP活性提高，同时抑制IEC增殖，表现为Ki67和cyclin D1阳性细胞数量减少。此外，BMP4或miR-181a-5p抑制可降低HK1表达，抑制糖酵解，而HK1敲低或糖酵解抑制剂2-DG处理则促进肠细胞成熟，抑制IEC增殖。这些结果表明，miR-181a-5p在BMP4诱导的肠细胞分化和IEC增殖抑制中起关键作用，且该过程依赖于HK1调控的糖酵解。