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Nature分享:雙向CRISPR功能篩選解析GLIS3依賴性纖維化細(xì)胞調(diào)控回路

瀏覽次數(shù)：235　發(fā)布日期：2026-1-27　來(lái)源：本站　僅供參考，謝絕轉(zhuǎn)載，否則責(zé)任自負(fù)

2026 年 1 月 7 日，哈佛醫(yī)學(xué)院團(tuán)隊(duì)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(guò)整合單細(xì)胞與空間轉(zhuǎn)錄組分析、雙向 CRISPR 篩選等技術(shù)，系統(tǒng)解析了炎癥性腸�。↖BD）中纖維化形成的細(xì)胞與分子調(diào)控機(jī)制，首次鑒定出 “巨噬細(xì)胞–成纖維細(xì)胞–IL11–GLIS3” 構(gòu)成的病理性細(xì)胞回路，明確轉(zhuǎn)錄因子 GLIS3 是驅(qū)動(dòng)纖維化的核心調(diào)控因子，為纖維化相關(guān)疾病的靶向治療提供了全新潛在靶點(diǎn)。

💯文章亮點(diǎn)
1. 技術(shù)創(chuàng)新：構(gòu)建多維度疾病機(jī)制解析體系

方法學(xué)突破：整合空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)、全基因組 CRISPR 功能篩選與條件性基因敲除動(dòng)物模型，建立復(fù)雜疾病細(xì)胞互作網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)性解析框架；
靶點(diǎn)篩選新范式：以 IL11+ IAF 病理細(xì)胞狀態(tài)為導(dǎo)向的功能性篩選策略，高效捕獲傳統(tǒng)差異表達(dá)分析難以識(shí)別的核心調(diào)控轉(zhuǎn)錄因子。

2. 理論突破：闡明炎癥 - 纖維化轉(zhuǎn)化核心機(jī)制

揭示新型細(xì)胞互作回路：明確 TGFβ/IL-1β 信號(hào)誘導(dǎo)、GLIS3 介導(dǎo)的巨噬細(xì)胞–成纖維細(xì)胞互作機(jī)制，定義調(diào)控組織重塑的關(guān)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(hào)與下游纖維化基因程序的核心轉(zhuǎn)錄因子，為基質(zhì)細(xì)胞在慢性炎癥中的命運(yùn)決定機(jī)制提供全新理論依據(jù)。

3. 臨床價(jià)值：提供精準(zhǔn)抗纖維化治療新方向

提出特異性治療策略：靶向 GLIS3 通路可實(shí)現(xiàn)成纖維細(xì)胞特異性抗纖維化干預(yù)，在抑制病理性基質(zhì)沉積的同時(shí)，規(guī)避對(duì)全身免疫功能的非特異性干擾，提升治療安全性與有效性。

4. 普適意義：構(gòu)建泛器官纖維化研究統(tǒng)一框架

跨器官機(jī)制保守性：“巨噬細(xì)胞–成纖維細(xì)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(jī)制研究與靶向藥物開(kāi)發(fā)提供統(tǒng)一理論框架及潛在干預(yù)路徑。

💯研究背景

慢性炎癥會(huì)過(guò)度刺激纖維生成過(guò)程，最終引發(fā)纖維化。這一病理狀態(tài)是多種慢性疾病進(jìn)展的共同終點(diǎn)，占疾病相關(guān)死亡的 45%，但當(dāng)前治療手段十分有限。

單細(xì)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(xì)胞是驅(qū)動(dòng)纖維化發(fā)生的核心細(xì)胞群體。不過(guò)，針對(duì)這類(lèi)致病性成纖維細(xì)胞的干預(yù)仍面臨關(guān)鍵挑戰(zhàn)：一方面，對(duì)其在疾病背景下的分子調(diào)控機(jī)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(shí)現(xiàn)對(duì)成纖維細(xì)胞的精準(zhǔn)調(diào)控，限制了治療效果。

💯主要研究方法
1. 多維細(xì)胞圖譜構(gòu)建

單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序：對(duì)炎癥性腸病（IBD）患者與健康對(duì)照的腸道組織樣本進(jìn)行單細(xì)胞 RNA 測(cè)序，系統(tǒng)構(gòu)建腸道細(xì)胞全景圖譜，精準(zhǔn)鑒定炎癥相關(guān)成纖維細(xì)胞（IAF）亞群；
空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)：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(xì)胞等免疫細(xì)胞的鄰近分布關(guān)系，揭示病理性細(xì)胞互作的空間基礎(chǔ)。

2. 無(wú)偏倚機(jī)制篩選

全基因組雙向 CRISPR 篩選：以 IL11 表達(dá)為功能性表型指標(biāo)，同步開(kāi)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(guān)鍵分子。

3. 分子調(diào)控機(jī)制解析

染色質(zhì)免疫沉淀測(cè)序（ChIP-seq）：通過(guò)特異性抗體富集 GLIS3 結(jié)合的 DNA 片段，鑒定其基因組直接結(jié)合位點(diǎn)，明確下游靶向基因；
RNA 測(cè)序（bulk + scRNA-seq）：綜合分析 GLIS3 敲除 / 過(guò)表達(dá)后成纖維細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄組變化，揭示其調(diào)控的分子網(wǎng)絡(luò)及功能通路，闡明其在促纖維化程序中的核心作用。

4. 體內(nèi)外功能驗(yàn)證

條件性基因敲除小鼠模型：構(gòu)建成纖維細(xì)胞特異性 Il11 和 Glis3 條件性敲除小鼠，結(jié)合慢性結(jié)腸炎模型，系統(tǒng)評(píng)估其在腸道纖維化進(jìn)程中的病理功能；
細(xì)胞共培養(yǎng)與信號(hào)阻斷實(shí)驗(yàn)：體外重建巨噬細(xì)胞 - 成纖維細(xì)胞共培養(yǎng)體系，利用中和抗體阻斷 TGFβ/IL-1β 信號(hào)通路，明確二者在成纖維細(xì)胞活化中的關(guān)鍵作用。

5. 臨床關(guān)聯(lián)驗(yàn)證

公開(kāi)隊(duì)列數(shù)據(jù)分析：基于獨(dú)立大型兒科潰瘍性結(jié)腸炎（UC）患者隊(duì)列，分析 GLIS3 特征基因表達(dá)譜與疾病嚴(yán)重程度、臨床進(jìn)展的相關(guān)性，評(píng)估其作為生物標(biāo)志物的轉(zhuǎn)化價(jià)值。

💯實(shí)驗(yàn)結(jié)果
1. IBD 單細(xì)胞與空間圖譜：定位病理性 IAF 生態(tài)位

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：整合炎癥性腸�。↖BD）患者與健康對(duì)照的腸道組織 scRNA-seq 數(shù)據(jù)，構(gòu)建包含 427 萬(wàn)細(xì)胞的全景圖譜，覆蓋上皮、免疫、基質(zhì)、成纖維細(xì)胞等多個(gè)細(xì)胞譜系；結(jié)合 Xenium 空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)與細(xì)胞鄰域分析，解析特定細(xì)胞亞群的空間分布及生態(tài)位特征。
主要結(jié)果：炎癥狀態(tài)下，修復(fù)型 ADAMDEC1 + 成纖維細(xì)胞數(shù)量減少，而 IL-11 + 炎癥相關(guān)成纖維細(xì)胞（IAFs）顯著擴(kuò)增；IAFs 特異性高表達(dá)纖維化相關(guān)基因（CD82、PRRX1）、細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）重塑基因（COL1A1、COL6A1）及中性粒細(xì)胞趨化因子（CXCL3、CXCL8）。通過(guò)細(xì)胞鄰域分析識(shí)別出 19 個(gè)細(xì)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(xì)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(dòng)性 / 慢性結(jié)腸炎的黏膜區(qū)域。

2. IL-11 細(xì)胞環(huán)路：調(diào)控纖維化的關(guān)鍵功能軸

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：①構(gòu)建 IL-11 條件性敲除小鼠與 IL-11-mNeonGreen 報(bào)告小鼠，結(jié)合慢性 DSS 誘導(dǎo)結(jié)腸炎模型，評(píng)估 IL-11 缺失對(duì)腸道纖維化的影響；②通過(guò)跨物種轉(zhuǎn)錄組分析，對(duì)比小鼠 IAFs（mIAFs）與人類(lèi) IAFs 的同源性及基因表達(dá)特征；③利用細(xì)胞鄰域空間分析與巨噬細(xì)胞 - 成纖維細(xì)胞共培養(yǎng)體系，明確 IAFs 的上游信號(hào)來(lái)源及 IL-11 誘導(dǎo)機(jī)制。
主要結(jié)果：①慢性 DSS 結(jié)腸炎模型中，IL-11 缺失可顯著減少結(jié)腸膠原沉積、降低羥脯氨酸含量及纖維化相關(guān)膠原基因（COL1A1、COL6A1）表達(dá)，且不影響炎癥嚴(yán)重程度，但能有效減輕炎癥驅(qū)動(dòng)的組織重塑；②跨物種比較證實(shí)，mIAFs 與人類(lèi) IAFs 高度同源，均高表達(dá)抗 TNF 治療抵抗相關(guān)基因，且慢性 DSS 處理后 mIAFs 豐度顯著升高，并特異性共表達(dá) IL-11 與報(bào)告基因；③空間分析顯示活化巨噬細(xì)胞與 IAFs 在體內(nèi)緊密相鄰（間距≤100μm），體外共培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證實(shí)，促炎表型巨噬細(xì)胞可通過(guò)新生轉(zhuǎn)錄依賴機(jī)制，誘導(dǎo)成纖維細(xì)胞分泌 IL-11，明確活化巨噬細(xì)胞是 IAFs 的核心上游信號(hào)來(lái)源。

3. 全基因組 CRISPR 篩選：鎖定 IAF 活化核心調(diào)控因子 GLIS3

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：①構(gòu)建 IL-11-mNG 報(bào)告人成纖維細(xì)胞系，同步開(kāi)展 CRISPR 基因敲除（CRISPRko）與激活（CRISPRa）篩選，靶向鑒定調(diào)控 IL-11 表達(dá)的關(guān)鍵基因；②通過(guò)時(shí)間分辨單細(xì)胞 RNA-seq，追蹤 TGFβ+IL-1β 刺激下成纖維細(xì)胞 IL-11 表達(dá)動(dòng)態(tài)及細(xì)胞分群特征，結(jié)合相關(guān)性分析篩選核心轉(zhuǎn)錄因子；③通過(guò) GLIS3 敲除 / 激活實(shí)驗(yàn)、細(xì)胞定位觀察及信號(hào)通路阻斷實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證 GLIS3 對(duì) IL-11 的調(diào)控作用及上游激活機(jī)制。
主要結(jié)果：①篩選共鑒定出 61 個(gè)調(diào)控 IL-11 表達(dá)的核心基因，涵蓋 TGFβ/IL-1β 信號(hào)通路組件（TGFBR1、SMAD3、IRAK2）及免疫調(diào)節(jié)基因（LAMTOR1、NFKBIZ）；②時(shí)間分辨 scRNA-seq 顯示，TGFβ+IL-1β 刺激 6 小時(shí)后成纖維細(xì)胞啟動(dòng) IL-11 表達(dá)，且該基因在簇 6 和簇 10 細(xì)胞中高富集，相關(guān)性分析明確轉(zhuǎn)錄因子 GLIS3 為調(diào)控 IL-11 的頂級(jí)候選基因；③雙向功能驗(yàn)證證實(shí)，GLIS3 敲除可顯著抑制成纖維細(xì)胞 IL-11 的表達(dá)與分泌，而 GLIS3 激活則能強(qiáng)效增強(qiáng) IL-11 表達(dá)；進(jìn)一步機(jī)制表明，活化巨噬細(xì)胞可誘導(dǎo) GLIS3 在成纖維細(xì)胞中核定位，且 TGFβ 與 IL-1β 信號(hào)協(xié)同作用，促進(jìn) 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(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：①聯(lián)合 RNA-seq 與 ChIP-seq 技術(shù)，解析 GLIS3 調(diào)控的下游效應(yīng)基因網(wǎng)絡(luò)及直接結(jié)合靶點(diǎn)；②通過(guò)基序分析探究 GLIS3 與其他轉(zhuǎn)錄因子的協(xié)同調(diào)控機(jī)制，驗(yàn)證 GLIS3 缺失對(duì)下游因子結(jié)合活性的影響；③基于 GLIS3 靶基因構(gòu)建特征評(píng)分，在 226 例潰瘍性結(jié)腸炎（UC）患者隊(duì)列中，關(guān)聯(lián)評(píng)分與疾病嚴(yán)重程度、特征細(xì)胞豐度的相關(guān)性，評(píng)估其疾病預(yù)測(cè)價(jià)值。
主要結(jié)果：①組學(xué)分析證實(shí)，GLIS3 可調(diào)控 150 余個(gè)下游效應(yīng)基因，涵蓋纖維化相關(guān)基因、炎癥介質(zhì)及組織重塑基因，且能直接結(jié)合 IL-11 轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)上游區(qū)域，直接調(diào)控其表達(dá)；②基序分析顯示，GLIS3 結(jié)合區(qū)域富集 FOSL1 和 TEAD1/3 轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合基序，GLIS3 缺失會(huì)顯著削弱 FOSL1 與 TEAD1 對(duì)靶基因的結(jié)合能力，提示三者存在協(xié)同調(diào)控網(wǎng)絡(luò)；③基于 GLIS3 靶基因構(gòu)建的特征評(píng)分，可有效對(duì) 226 例 UC 患者按疾病嚴(yán)重程度分層，該特征評(píng)分與 IAFs 及活化巨噬細(xì)胞豐度呈正相關(guān)，其中包含 GLIS3、IL-11 在內(nèi)的 50 個(gè)核心基因，可獨(dú)立預(yù)測(cè)患者疾病嚴(yán)重程度。

5. 體內(nèi)功能驗(yàn)證：GLIS3 是腸道纖維化的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因子

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：①構(gòu)建成纖維細(xì)胞特異性 Glis3 敲除小鼠，結(jié)合慢性結(jié)腸炎模型，通過(guò)病理切片分析、膠原含量檢測(cè)等，評(píng)估 Glis3 缺失對(duì)腸道纖維化及炎癥表型的影響；②利用空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)技術(shù)，對(duì)比 Glis3 敲除小鼠與野生型小鼠的腸道組織，解析細(xì)胞亞群豐度、特征基因表達(dá)及炎癥介質(zhì)水平的變化。
主要結(jié)果：①慢性結(jié)腸炎模型中，成纖維細(xì)胞特異性 Glis3 敲除小鼠的纖維化表型顯著減輕，同時(shí)伴隨炎癥反應(yīng)緩解、膠原沉積量減少，明確證實(shí) Glis3 在腸道纖維化進(jìn)程中發(fā)揮不可或缺的關(guān)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(xì)胞豐度顯著下降，GLIS3 特征基因表達(dá)下調(diào)，中性粒細(xì)胞等免疫細(xì)胞比例降低，且 IL-1β、OSM、TNF 等纖維炎癥介質(zhì)的表達(dá)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(jié)

本研究以鑒定病理性細(xì)胞單元→解析細(xì)胞互作回路→鎖定核心轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子→驗(yàn)證病理功能與臨床價(jià)值為研究思路，通過(guò)雙向 CRISPR 功能篩選首次明確 GLIS3 是驅(qū)動(dòng)炎癥相關(guān)成纖維細(xì)胞活化及纖維化的核心轉(zhuǎn)錄因子，同時(shí)闡明其受 TGFβ/IL-1β 信號(hào)協(xié)同調(diào)控的分子機(jī)制，構(gòu)建了從臨床現(xiàn)象解析、分子機(jī)制挖掘到臨床前功能驗(yàn)證的完整科學(xué)研究閉環(huán)。該研究不僅大幅深化了對(duì)炎癥性腸病（IBD）纖維化發(fā)生發(fā)展機(jī)制的認(rèn)知，更首次揭示了靶向 GLIS3 信號(hào)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(guān)疾病的精準(zhǔn)靶向治療提供了全新分子靶點(diǎn)與理論支撐，兼具重要的科學(xué)價(jià)值與廣闊的轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)應(yīng)用前景。

單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組和空間轉(zhuǎn)錄組哪里有？

LabEx提供一站式多組學(xué)服務(wù)：包含單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序（點(diǎn)擊）和DSP空間轉(zhuǎn)錄組測(cè)序（點(diǎn)擊）。

樂(lè)備實(shí)（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(guó)內(nèi)專(zhuān)注于提供高質(zhì)量蛋白檢測(cè)以及組學(xué)分析服務(wù)的實(shí)驗(yàn)服務(wù)專(zhuān)家，自2018年成立以來(lái)，樂(lè)備實(shí)不斷尋求突破，公司的服務(wù)技術(shù)平臺(tái)已擴(kuò)展到單細(xì)胞測(cè)序、空間多組學(xué)、流式檢測(cè)、超敏電化學(xué)發(fā)光、Luminex多因子檢測(cè)、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(xué)等30多個(gè)，建立起了一套涵蓋基因、蛋白、細(xì)胞以及組織水平實(shí)驗(yàn)的完整檢測(cè)體系。

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標(biāo)簽： CRISPR 空間轉(zhuǎn)錄組 GLIS3

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