溃疡性结肠炎(ulcerative colitis, UC)是一种以持续或反复发作的慢性非特异性肠道炎症反应，其高发于年轻人、复杂善变、可致残，是一个终身性疾病。近年来，随着生活方式的改变，我国UC发病率显著增高。肠道粘膜损伤与修复平衡获得的粘膜愈合成为阻止疾病发展的重要因素，也已经成为UC治疗的目标。目前，治疗UC的药物均通过抗炎抗免疫达到抑制肠上皮屏障损伤的目的。然而，大多药物存在副作用、不良反应较大，部分药物价格昂贵、依存性较差。探究UC发生发展的新机制，寻找更为安全有效的UC治疗药物是目前研究的热点及难点。在UC发生发展过程中，肠上皮细胞损伤后修复和粘膜愈合需要大量胆固醇作为原料和组分，而这些胆固醇的来源、机体如何满足如此大量的胆固醇需求的分子机制尚不清楚。
胆固醇可以被羟基类固醇硫酸基转移酶2B1 (hydroxysteroid sulfotransferase 2B1, SULT2B1)硫酸化为胆固醇硫酸酯(cholesterol sulfate, CS)。CS 可参与表皮分化、精子获能、血小板粘附、凝血、纤维蛋白溶解、糖异生、T细胞受体信号转导、细胞侵袭等许多生物学过程。CS普遍存在于各种组织和体液中，人血浆中的CS浓度达到134 -322μg/ml，但循环中如此高浓度的CS源自哪里尚不清楚。啮齿动物和人类的肠道组织以及粪便中CS含量均很高。在粪便中，总胆固醇的2-20%是CS。目前尚不清楚CS是否只是胆固醇的代谢废物通过粪便排出，还是作为一种胆固醇衍生物在正常肠道功能维持和肠道疾病发生发展中发挥一定的作用。肠道组织表达高水平的 SULT2B1，肠道组织及肠内容物中高浓度CS的生理和病理生理学意义尚待阐明。
2022年7月30日，复旦大学基础医学院生理与病理生理学系李晓波副教授和复旦大学基础医学院、江南大学无锡医学院孙宁教授在《自然通讯》(Nature Communications)杂志在线发表了题为《胆固醇硫酸酯通过促进结肠上皮细胞胆固醇生物合成缓解溃疡性结肠炎》(“Cholesterol sulfate alleviates ulcerative colitis by promoting cholesterol biosynthesis in colonic epithelial cells”)的最新研究成果，这项工作揭示了结肠上皮细胞SULT2B1催化生成的胆固醇硫酸酯通过促进肠上皮细胞中胆固醇合成而加速UC粘膜愈合。研究结果从胆固醇代谢角度探究了UC粘膜愈合的病理生理学机制，揭示了SULT2B1及其产物胆固醇硫酸酯对肠上皮细胞胆固醇代谢的影响及机制，为UC的机制研究和治疗提供新的方向。胆固醇硫酸酯可能可以作为治疗UC的一个安全有效的小分子化合物。
研究人员首先分析了UC患者和健康对照人群结肠组织的RNA-seq数据(GSE 111889)中SULT2B1的表达水平、免疫组织化学染色检测了UC患者的炎症病变部位和非炎症病变部位SULT2B1的表达情况，并通过液相色谱-质谱(LC-MS)定量检测了UC患者及健康对照人群结肠组织中CS的含量，发现UC患者病变组织中SULT2B1及CS水平均明显高于健康对照者的结肠黏膜组织。同样地，葡聚糖硫酸钠盐(dextran sulfate sodium, DSS)诱导的小鼠UC模型结肠组织中SULT2B1和CS含量也发生显著改变。
为了进一步阐明肠道SULT2B1及CS的功能，研究人员构建了肠上皮Sult2b1特异性敲除小鼠（Sult2b1∆IEC）。利用 LC-MS检测发现，该小鼠血清、盲肠内容物和肠道组织 CS 的浓度仅为对照小鼠的1%左右，证实了SULT2B1是CS生成的关键酶，肠上皮细胞产生的CS是肠粘膜、肠腔和循环CS的主要来源。研究人员利用2.5%DSS诱导的小鼠急性UC模型、低浓度DSS诱导的小鼠慢性UC模型及IL-10敲除的自发性慢性UC模型观察到，肠上皮细胞Sult2b1特异性敲除导致的CS缺失加重UC的症状，而饲养中补充0.004%的CS可以显著缓解小鼠UC症状。
为了探究SULT2B1和CS影响UC的分子机制，研究人员对2.5% DSS喂饲的Sult2b1f/f和Sult2b1∆IEC小鼠的炎性结肠样本进行了RNA-seq，分析发现胆固醇生物合成相关基因在Sult2b1∆IEC小鼠中显著下调，同时发现，DSS刺激后，Sult2b1∆IEC小鼠结肠组织中胆固醇水平显著下降。研究人员对野生型肠上皮和SULT2B1敲除肠上皮细胞进行RNA-seq分析，也发现敲除SULT2B1后下调差异基因聚类的第一名也为胆固醇生物合成相关基因，同时SULT2B1敲除细胞的游离胆固醇水平低于野生型细胞。而补充溶解在beta-环糊精中的胆固醇可以促进SULT2B1敲除细胞及小鼠结肠类器官增殖。研究人员还分析发现， UC患者病变肠道组织中大多数胆固醇生物合成基因表达上调，而且游离胆固醇水平明显高于健康对照组，并与CS水平呈正相关。接下来，研究人员通过进一步的机制研究发现，CS可以与尼曼病蛋白 C2(Niemann Pick Disease Type C2, NPC2)结合，从而干扰胆固醇在溶酶体的运输，进而导致内质网上胆固醇浓度下降，激活固醇调节元件结合蛋白2(sterol regulatory element-binding protein 2, SREBP2)，促进胆固醇生物合成，提高细胞内胆固醇的水平，最终促进肠上皮细胞的损伤修复。
胆固醇硫酸酯通过促进结肠上皮细胞胆固醇生物合成缓解溃疡性结肠炎的机制图
复旦大学基础医学院2017级硕士生许东科和山西省人民医院消化内镜中心马瑞军主任为本文的共同第一作者，复旦大学基础医学院生理与病理生理学系李晓波副教授和复旦大学基础医学院、江南大学无锡医学院孙宁教授为本文的共同通讯作者，复旦大学基础医学院为第一作者单位。该研究得到了复旦大学基础医学院免疫学系吕鸣芳教授的大力支持；得到了来自国家自然科学基金面上项目和上海市自然科学基金等基金的资助。