项目文章Adv Sci | 六大组学齐上阵，堪称多组学研究典范！澳门大学钟章锋等揭示积雪草来源外泌体靶向修复结肠炎肠道损伤机制！
2025-10-31
中科新生命
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溃疡性结肠炎（Ulcerative Colitis, UC）是一种由复杂的免疫失调和遗传因素共同作用导致的炎症性肠病（Inflammatory Bowel Disease, IBD）。目前，针对UC的天然且低毒性的治疗方法仍较为缺乏。
2025年9月24日，澳门大学钟章锋、纽约中医学院杨冬华等研究团队在Advanced Science（IF14.1）上发表了题为“MicroRNA-Enriched Plant-Derived Exosomes Alleviate Colitis by Modulating Systemic Immunity, Metabolic Homeostasis, and Gut Microbiota”的研究，发现药用植物积雪草来源的外泌体（CAEs）具有抗结肠炎作用，能选择性地在发炎的结肠中积聚，从而实现RNA靶向递送，富含miRNA的 CAEs不仅能减轻炎症，还能促进肠道菌群的平衡重建，重要的是，CAEs 的安全性表现优异。总之，该研究为治疗UC提供一种有效、靶向且安全的治疗手段。中科新生命为该研究提供了scRNA-seq、miRNA-seq、16S、RNA-seq、蛋白质组、脂质组检测服务。
研究材料
CAEs、小鼠模型、培养细胞
技术方法
scRNA-seq、miRNA-seq、16S、RNA-seq、蛋白质组、脂质组、代谢组
研究结果
1. CAEs的获取及分子特征
对低温超离得到的CAEs进行理化性质表征，再对其进行RNA、蛋白质和脂质检测，作者重点关注了有生物活性的miRNA，发现其主要由rRNA（75.9%）、tRNA(3.0%）等组成，丰度最高的是aof-miR159, fve-miR396c-3p和aof-miR396b。CAEs检测到的3734种蛋白质中，显著富集参与关键生物学过程的蛋白质，表明其主要参与细胞间通讯；1096 种脂质中，显著富含神经酰胺（19.6%）、甘油三酯（12.1%）及己糖基神经酰胺（8.8%）。综上，为CAEs的分子结构及其在生物系统中的潜在功能作用提供更深入的理解。
图1 提取并鉴定CAEs
图2 CAEs的成分鉴定
2. CAEs的体外摄取及体内分布情况
将CAEs与巨噬细胞和正常结肠上皮细胞共培养，随着时间的推移，两种细胞内CAEs明显积累，12h后被逐渐降解和清除，通过实验验证，表明在免疫细胞和肠上皮细胞中，CAEs主要通过膜钠离子通道、脂阀和囊泡连接蛋白介导的途径进行内化。UC小鼠模型给药2h在靶部位结肠组织迅速积累并达到峰值，随后出现降解。ELISA分析表明 CAEs 具有选择性在结肠炎症部位积累的倾向，突显其作为结肠疾病靶向载体的潜力。分离CAEsP（富含蛋白）和CAEsC（富含化合物）实验表明，蛋白质和miRNAs是 CAEs 抗炎活性的主要介导因子。
图3 CAEs在体外和体内的细胞摄取及保留特性分析
3. UC小鼠模型中CAEs的治疗效果
对UC小鼠模型分别进行CAEs、CAC等处理，发现CAEs的抗结肠炎的效果最佳，随后作者分别给阴性对照组（PBS +水）、疾病模型组（PBS + DSS）、CAC 组（果汁+ DSS）、CAEs 组（外泌体+DSS）和阳性对照组（5-ASA + DSS）每天灌胃给予 PBS、CAC、5-ASA 或 CAEs，发现CAEs 组的结肠的长度更长、平均体重更高、疾病活动指数（DAI）、MPO活性更低，表明炎症反应得到了缓解；其组织结构接近正常的组织学微观结构，且炎症细胞浸润极少。综上，CAEs 有效改善与炎症性肠病相关的病理生理状况。
图4 CAEs在UC小鼠模型中的抗结肠炎作用
4. scRNA-seq揭示 CAEs 抗结肠炎作用的潜在机制
阴性对照组、DSS组（UC小鼠模型）、CAEs组进行scRNA-seq共得到13种细胞类型，发现CAEs组免疫细胞的占比显著高于DSS组高于阴性对照组，表明 CAEs 具有激活免疫细胞的潜力。作者关注了CAEs治疗后免疫细胞及杯状细胞和肠道屏障表达变化，这些转录变化可能归因于 CAEs 内包裹的蛋白质、miRNA 和脂质之间的复杂相互作用。
图5 CAEs对scRNA-seq结肠细胞转录图谱的影响
5. CAEs调节血清中的代谢物
三组血清代谢物PCA分析显示，相比较DSS组，CAEs组与阴性对照组趋向一致，表明 CAEs 对UC小鼠代谢物有调节作用，DSS 组呈现相当大的代谢紊乱，关键显著差异代谢物如图6E/F所示。接下来作者评估了 CAEs 的miRNA 对12个基因（包括 Foxp1、Peak1、Satb1、Mef2c、Bank1、Cd74、Cd83、Gphn、Lars2、Rpl5、Rpl23a 和 Rpl36）的调节作用，发现fve-miR396c-3p 和aof-miR396b两种重要miRNA 与这 12 个基因之间可能存在潜在的调控关联，表明由 CAEs 产生的miRNA通过互补配对影响特定mRNA的稳定性和翻译效率，从而抑制或促进靶基因的表达。另外，10 种重要的血清代谢物能与 12 种免疫细胞相关的前体分子结合。RNA-seq分析显示，fve-miR396c-3p 和 aof-miR396b 能够抑制 DSS组结肠组织中Peak1 的转录水平以及巨噬细胞中LPS 诱导的转录水平。
图6 CAEs对血液代谢组的影响
6. CAEs对肠道菌群有调节作用并靶向菌群减缓炎症
作者对经PBS和CAEs治疗的DSS组小鼠粪便样本并进行 16S rRNA-seq，与 DSS 组相比，CAEs 组的肠道菌群特征明显不同，且与阴性对照组的特征趋于一致。CAEs有效增加有益细菌Blautia hansenii等丰度，减少致病菌Salmonella enterica等数量，并增强 DSS 引发的结肠炎小鼠肠道菌群的丰富度和多样性。将DSS组、CAEs组粪便物质分别移植到PGF肠炎小鼠体内，CAEs IF（肠道菌群）改善了结肠炎的总体症状，减轻了结肠炎症、水肿和黏膜损伤，并使受体小鼠的隐窝结构得以恢复，DSS IF增加了肠道炎症。CAEs 显著抑制了病原菌的体外生长，对Blautia hansenii的生长没有影响。综上，肠道菌群在调节 CAEs 对结肠炎的治疗效果起着不可或缺的作用。
图7 通过微生物组分析评估CAEs对肠道菌群的影响
图8 供体小鼠粪便微生物移植对DSS诱导的PGF小鼠模型的治疗效果评估
7. CAEs的稳定性和生物安全性评估
CAEs在不同的温度、人工胃肠液中，粒径与电位稳定。作者又设计了体外细胞共培养和体内实验，生物安全评估表明CAEs具有极佳的安全性，表明其有可能成为一种副作用极小且可行的结肠炎治疗手段。
图9 评估CAEs的稳定性和安全性
小结
CAEs通过miRNA 靶向传递、调节免疫细胞基因表达及肠道菌群组成，对溃疡性结肠炎发挥治疗作用，突显了CAEs作为治疗炎症性肠病的创新、天然疗法的潜力，同时也为开发新型天然的活性药物铺平了道路。
钟章锋 博士
澳门大学
钟章锋，生物医药博士、博士生导师，澳门大学中华医药研究院助理教授。独立PI，香江学者，全球前2%顶尖科学家。专注天然产物、植物外泌体和中药产品研究与开发，并致力于质量的有效性和安全性评价的前沿关键共性技术研究。主持科研基金课题18项，研究内容聚焦药食同源中药、名优成药、健康精品和植物外泌体研发等传承与创新工作。目前申请发明专利和软件著作16项，已授权6项；在Trends Analyt Chem、Adv Sci、Med Res Rev、Semin Cancer Biol、Br J Pharmacol、Pharmacol Res、Drug Discov Today、Food Chem、Phytomedicine、Chin Med等国际著名期刊发表学术著作120余篇，他引6400余次，H-因子41，并担任国际中医药学会理事及多家SCI源期刊的编委和审稿人。参与完成首次全国中药资源普查（澳门特区）工作，入选香江学者计划（2018）和全球前2%顶尖科学家（2022-2025），获得首届澳门特区研究生科技研发奖（2012）、香江学者奖（2019）、中医药国际贡献奖（2021）及多个国际学术会议优秀论文奖。
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关于中科新生命
上海中科新生命生物科技有限公司（APTBIO）创立于 2004 年，由原中国科学院上海生命科学研究院蛋白质组研究中心孵化而来，是国内质谱多组学应用领域的开拓者。公司以 “AI + 质谱多组学” 双核驱动创新，构建智能化组学生态。拥有自主知识产权的质谱检测平台与 AI 大数据分析系统，聚焦科技服务、生物医药及大健康消费三大领域，为全球科研机构、医院、药企提供从基础研究到临床转化的一站式解决方案。融合多组学技术与人工智能，围绕生物标志物发掘、药物靶点筛选及个性化诊疗等方向，构建具有国际竞争力的组学数据库与算法模型，推动转化医学进程，加速创新药物研发，成为推动生命科学数字化升级的核心引领者。
