Nature分享:雙向CRISPR功能篩選解析GLIS3依賴性纖維化細胞調(diào)控回路
2026 年 1 月 7 日，哈佛醫(yī)學院團隊在《Nature》期刊在線發(fā)表題為 “Bidirectional CRISPR screens decode a GLIS3-dependent fibrotic cell circuit” 的研究論文（全文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41586-025-09907-xIF: 48.5 Q1 ）。
該研究通過整合單細胞與空間轉(zhuǎn)錄組分析、雙向 CRISPR 篩選等技術，系統(tǒng)解析了炎癥性腸�。↖BD）中纖維化形成的細胞與分子調(diào)控機制，首次鑒定出 “巨噬細胞–成纖維細胞–IL11–GLIS3” 構成的病理性細胞回路，明確轉(zhuǎn)錄因子 GLIS3 是驅(qū)動纖維化的核心調(diào)控因子，為纖維化相關疾病的靶向治療提供了全新潛在靶點。
💯文章亮點
1. 技術創(chuàng)新：構建多維度疾病機制解析體系
- 方法學突破：整合空間轉(zhuǎn)錄組學、全基因組 CRISPR 功能篩選與條件性基因敲除動物模型，建立復雜疾病細胞互作網(wǎng)絡的系統(tǒng)性解析框架；
- 靶點篩選新范式：以 IL11+ IAF 病理細胞狀態(tài)為導向的功能性篩選策略，高效捕獲傳統(tǒng)差異表達分析難以識別的核心調(diào)控轉(zhuǎn)錄因子。
- 揭示新型細胞互作回路：明確 TGFβ/IL-1β 信號誘導、GLIS3 介導的巨噬細胞–成纖維細胞互作機制，定義調(diào)控組織重塑的關鍵分子軸（GLIS3-IL11）；
- 定位纖維化調(diào)控樞紐：確立 GLIS3 作為整合上游炎癥信號與下游纖維化基因程序的核心轉(zhuǎn)錄因子，為基質(zhì)細胞在慢性炎癥中的命運決定機制提供全新理論依據(jù)。
- 提出特異性治療策略：靶向 GLIS3 通路可實現(xiàn)成纖維細胞特異性抗纖維化干預，在抑制病理性基質(zhì)沉積的同時，規(guī)避對全身免疫功能的非特異性干擾，提升治療安全性與有效性。
- 跨器官機制保守性：“巨噬細胞–成纖維細胞–GLIS3” 調(diào)控軸在肝、肺、腎等多器官慢性纖維化中可能具有功能保守性，為泛器官纖維化的機制研究與靶向藥物開發(fā)提供統(tǒng)一理論框架及潛在干預路徑。
💯研究背景
慢性炎癥會過度刺激纖維生成過程，最終引發(fā)纖維化。這一病理狀態(tài)是多種慢性疾病進展的共同終點，占疾病相關死亡的 45%，但當前治療手段十分有限。
單細胞圖譜研究已明確，具有功能異質(zhì)性和定位特異性的成纖維細胞是驅(qū)動纖維化發(fā)生的核心細胞群體。不過，針對這類致病性成纖維細胞的干預仍面臨關鍵挑戰(zhàn)：一方面，對其在疾病背景下的分子調(diào)控機制理解尚不透徹；另一方面，現(xiàn)有免疫抑制療法主要靶向非特異性促炎介質(zhì)，難以實現(xiàn)對成纖維細胞的精準調(diào)控，限制了治療效果。
💯主要研究方法
1. 多維細胞圖譜構建
2. 無偏倚機制篩選
3. 分子調(diào)控機制解析
4. 體內(nèi)外功能驗證
5. 臨床關聯(lián)驗證
💯實驗結果
1. IBD 單細胞與空間圖譜：定位病理性 IAF 生態(tài)位
2. IL-11 細胞環(huán)路：調(diào)控纖維化的關鍵功能軸
3. 全基因組 CRISPR 篩選：鎖定 IAF 活化核心調(diào)控因子 GLIS3
4. GLIS3：調(diào)控 IAF 功能程序與疾病分層的核心樞紐
5. 體內(nèi)功能驗證：GLIS3 是腸道纖維化的關鍵驅(qū)動因子
💯總結
樂備實（上海優(yōu)寧維生物科技股份有限公司旗下全資子公司），是國內(nèi)專注于提供高質(zhì)量蛋白檢測以及組學分析服務的實驗服務專家，自2018年成立以來，樂備實不斷尋求突破，公司的服務技術平臺已擴展到單細胞測序、空間多組學、流式檢測、超敏電化學發(fā)光、Luminex多因子檢測、抗體芯片、PCR Array、ELISA、Elispot、PLA蛋白互作、多色免疫組化、DSP空間多組學等30多個，建立起了一套涵蓋基因、蛋白、細胞以及組織水平實驗的完整檢測體系。
1. 多維細胞圖譜構建
- 單細胞轉(zhuǎn)錄組測序：對炎癥性腸�。↖BD）患者與健康對照的腸道組織樣本進行單細胞 RNA 測序，系統(tǒng)構建腸道細胞全景圖譜，精準鑒定炎癥相關成纖維細胞（IAF）亞群；
- 空間轉(zhuǎn)錄組學：在組織原位解析 IAF 的空間定位及微環(huán)境特征，明確其與巨噬細胞等免疫細胞的鄰近分布關系，揭示病理性細胞互作的空間基礎。
- 全基因組雙向 CRISPR 篩選：以 IL11 表達為功能性表型指標，同步開展基因敲除（CRISPRko）與基因激活（CRISPRa）篩選，系統(tǒng)性鑒定調(diào)控 IAF 活化的關鍵分子。
- 染色質(zhì)免疫沉淀測序（ChIP-seq）：通過特異性抗體富集 GLIS3 結合的 DNA 片段，鑒定其基因組直接結合位點，明確下游靶向基因；
- RNA 測序（bulk + scRNA-seq）：綜合分析 GLIS3 敲除 / 過表達后成纖維細胞的轉(zhuǎn)錄組變化，揭示其調(diào)控的分子網(wǎng)絡及功能通路，闡明其在促纖維化程序中的核心作用。
- 條件性基因敲除小鼠模型：構建成纖維細胞特異性 Il11 和 Glis3 條件性敲除小鼠，結合慢性結腸炎模型，系統(tǒng)評估其在腸道纖維化進程中的病理功能；
- 細胞共培養(yǎng)與信號阻斷實驗：體外重建巨噬細胞 - 成纖維細胞共培養(yǎng)體系，利用中和抗體阻斷 TGFβ/IL-1β 信號通路，明確二者在成纖維細胞活化中的關鍵作用。
- 公開隊列數(shù)據(jù)分析：基于獨立大型兒科潰瘍性結腸炎（UC）患者隊列，分析 GLIS3 特征基因表達譜與疾病嚴重程度、臨床進展的相關性，評估其作為生物標志物的轉(zhuǎn)化價值。
💯實驗結果
1. IBD 單細胞與空間圖譜：定位病理性 IAF 生態(tài)位
- 實驗設計：整合炎癥性腸�。↖BD）患者與健康對照的腸道組織 scRNA-seq 數(shù)據(jù)，構建包含 427 萬細胞的全景圖譜，覆蓋上皮、免疫、基質(zhì)、成纖維細胞等多個細胞譜系；結合 Xenium 空間轉(zhuǎn)錄組學與細胞鄰域分析，解析特定細胞亞群的空間分布及生態(tài)位特征。
- 主要結果：炎癥狀態(tài)下，修復型 ADAMDEC1 + 成纖維細胞數(shù)量減少，而 IL-11 + 炎癥相關成纖維細胞（IAFs）顯著擴增；IAFs 特異性高表達纖維化相關基因（CD82、PRRX1）、細胞外基質(zhì)（ECM）重塑基因（COL1A1、COL6A1）及中性粒細胞趨化因子（CXCL3、CXCL8）。通過細胞鄰域分析識別出 19 個細胞生態(tài)位，IAFs 高度富集于 N1 和 N14 生態(tài)位，與 FCN1+IL1B + 活化巨噬細胞緊密共定位；這些生態(tài)位在纖維化和潰瘍組織中高度富集，且主要分布于活動性 / 慢性結腸炎的黏膜區(qū)域。
2. IL-11 細胞環(huán)路：調(diào)控纖維化的關鍵功能軸
- 實驗設計：①構建 IL-11 條件性敲除小鼠與 IL-11-mNeonGreen 報告小鼠，結合慢性 DSS 誘導結腸炎模型，評估 IL-11 缺失對腸道纖維化的影響；②通過跨物種轉(zhuǎn)錄組分析，對比小鼠 IAFs（mIAFs）與人類 IAFs 的同源性及基因表達特征；③利用細胞鄰域空間分析與巨噬細胞 - 成纖維細胞共培養(yǎng)體系，明確 IAFs 的上游信號來源及 IL-11 誘導機制。
- 主要結果：①慢性 DSS 結腸炎模型中，IL-11 缺失可顯著減少結腸膠原沉積、降低羥脯氨酸含量及纖維化相關膠原基因（COL1A1、COL6A1）表達，且不影響炎癥嚴重程度，但能有效減輕炎癥驅(qū)動的組織重塑；②跨物種比較證實，mIAFs 與人類 IAFs 高度同源，均高表達抗 TNF 治療抵抗相關基因，且慢性 DSS 處理后 mIAFs 豐度顯著升高，并特異性共表達 IL-11 與報告基因；③空間分析顯示活化巨噬細胞與 IAFs 在體內(nèi)緊密相鄰（間距≤100μm），體外共培養(yǎng)實驗進一步證實，促炎表型巨噬細胞可通過新生轉(zhuǎn)錄依賴機制，誘導成纖維細胞分泌 IL-11，明確活化巨噬細胞是 IAFs 的核心上游信號來源。
3. 全基因組 CRISPR 篩選：鎖定 IAF 活化核心調(diào)控因子 GLIS3
- 實驗設計：①構建 IL-11-mNG 報告人成纖維細胞系，同步開展 CRISPR 基因敲除（CRISPRko）與激活（CRISPRa）篩選，靶向鑒定調(diào)控 IL-11 表達的關鍵基因；②通過時間分辨單細胞 RNA-seq，追蹤 TGFβ+IL-1β 刺激下成纖維細胞 IL-11 表達動態(tài)及細胞分群特征，結合相關性分析篩選核心轉(zhuǎn)錄因子；③通過 GLIS3 敲除 / 激活實驗、細胞定位觀察及信號通路阻斷實驗，驗證 GLIS3 對 IL-11 的調(diào)控作用及上游激活機制。
- 主要結果：①篩選共鑒定出 61 個調(diào)控 IL-11 表達的核心基因，涵蓋 TGFβ/IL-1β 信號通路組件（TGFBR1、SMAD3、IRAK2）及免疫調(diào)節(jié)基因（LAMTOR1、NFKBIZ）；②時間分辨 scRNA-seq 顯示，TGFβ+IL-1β 刺激 6 小時后成纖維細胞啟動 IL-11 表達，且該基因在簇 6 和簇 10 細胞中高富集，相關性分析明確轉(zhuǎn)錄因子 GLIS3 為調(diào)控 IL-11 的頂級候選基因；③雙向功能驗證證實，GLIS3 敲除可顯著抑制成纖維細胞 IL-11 的表達與分泌，而 GLIS3 激活則能強效增強 IL-11 表達；進一步機制表明，活化巨噬細胞可誘導 GLIS3 在成纖維細胞中核定位，且 TGFβ 與 IL-1β 信號協(xié)同作用，促進 GLIS3 轉(zhuǎn)錄水平上調(diào)。
4. GLIS3：調(diào)控 IAF 功能程序與疾病分層的核心樞紐
- 實驗設計：①聯(lián)合 RNA-seq 與 ChIP-seq 技術，解析 GLIS3 調(diào)控的下游效應基因網(wǎng)絡及直接結合靶點；②通過基序分析探究 GLIS3 與其他轉(zhuǎn)錄因子的協(xié)同調(diào)控機制，驗證 GLIS3 缺失對下游因子結合活性的影響；③基于 GLIS3 靶基因構建特征評分，在 226 例潰瘍性結腸炎（UC）患者隊列中，關聯(lián)評分與疾病嚴重程度、特征細胞豐度的相關性，評估其疾病預測價值。
- 主要結果：①組學分析證實，GLIS3 可調(diào)控 150 余個下游效應基因，涵蓋纖維化相關基因、炎癥介質(zhì)及組織重塑基因，且能直接結合 IL-11 轉(zhuǎn)錄起始位點上游區(qū)域，直接調(diào)控其表達；②基序分析顯示，GLIS3 結合區(qū)域富集 FOSL1 和 TEAD1/3 轉(zhuǎn)錄因子結合基序，GLIS3 缺失會顯著削弱 FOSL1 與 TEAD1 對靶基因的結合能力，提示三者存在協(xié)同調(diào)控網(wǎng)絡；③基于 GLIS3 靶基因構建的特征評分，可有效對 226 例 UC 患者按疾病嚴重程度分層，該特征評分與 IAFs 及活化巨噬細胞豐度呈正相關，其中包含 GLIS3、IL-11 在內(nèi)的 50 個核心基因，可獨立預測患者疾病嚴重程度。
5. 體內(nèi)功能驗證：GLIS3 是腸道纖維化的關鍵驅(qū)動因子
- 實驗設計：①構建成纖維細胞特異性 Glis3 敲除小鼠，結合慢性結腸炎模型，通過病理切片分析、膠原含量檢測等，評估 Glis3 缺失對腸道纖維化及炎癥表型的影響；②利用空間轉(zhuǎn)錄組學技術，對比 Glis3 敲除小鼠與野生型小鼠的腸道組織，解析細胞亞群豐度、特征基因表達及炎癥介質(zhì)水平的變化。
- 主要結果：①慢性結腸炎模型中，成纖維細胞特異性 Glis3 敲除小鼠的纖維化表型顯著減輕，同時伴隨炎癥反應緩解、膠原沉積量減少，明確證實 Glis3 在腸道纖維化進程中發(fā)揮不可或缺的關鍵作用；②空間轉(zhuǎn)錄組分析顯示，Glis3 敲除后，小鼠 IAFs（mIAFs）與活化巨噬細胞豐度顯著下降，GLIS3 特征基因表達下調(diào)，中性粒細胞等免疫細胞比例降低，且 IL-1β、OSM、TNF 等纖維炎癥介質(zhì)的表達水平同步降低，提示 GLIS3 可調(diào)控纖維炎癥微環(huán)境的整體穩(wěn)態(tài)。
💯總結
本研究以鑒定病理性細胞單元→解析細胞互作回路→鎖定核心轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子→驗證病理功能與臨床價值為研究思路，通過雙向 CRISPR 功能篩選首次明確 GLIS3 是驅(qū)動炎癥相關成纖維細胞活化及纖維化的核心轉(zhuǎn)錄因子，同時闡明其受 TGFβ/IL-1β 信號協(xié)同調(diào)控的分子機制，構建了從臨床現(xiàn)象解析、分子機制挖掘到臨床前功能驗證的完整科學研究閉環(huán)。該研究不僅大幅深化了對炎癥性腸病（IBD）纖維化發(fā)生發(fā)展機制的認知，更首次揭示了靶向 GLIS3 信號通路阻斷 “炎癥 - 纖維化” 轉(zhuǎn)化的新型治療策略，為纖維化相關疾病的精準靶向治療提供了全新分子靶點與理論支撐，兼具重要的科學價值與廣闊的轉(zhuǎn)化醫(yī)學應用前景。
單細胞轉(zhuǎn)錄組和空間轉(zhuǎn)錄組哪里有？
LabEx提供一站式多組學服務：包含單細胞轉(zhuǎn)錄組測序（點擊）和DSP空間轉(zhuǎn)錄組測序（點擊）。
樂備實（上海優(yōu)寧維生物科技股份有限公司旗下全資子公司），是國內(nèi)專注于提供高質(zhì)量蛋白檢測以及組學分析服務的實驗服務專家，自2018年成立以來，樂備實不斷尋求突破，公司的服務技術平臺已擴展到單細胞測序、空間多組學、流式檢測、超敏電化學發(fā)光、Luminex多因子檢測、抗體芯片、PCR Array、ELISA、Elispot、PLA蛋白互作、多色免疫組化、DSP空間多組學等30多個，建立起了一套涵蓋基因、蛋白、細胞以及組織水平實驗的完整檢測體系。
Copyright(C) 1998-2026 生物器材網(wǎng) 電話：021-64166852;13621656896 E-mail：info@bio-equip.com