腸上皮是粘膜層的一部分，包含多種細(xì)胞類型，包括成熟分泌細(xì)胞、成熟吸收細(xì)胞、祖細(xì)胞/轉(zhuǎn)運(yùn)擴(kuò)增細(xì)胞和干細(xì)胞。腸道干細(xì)胞(ISC)負(fù)責(zé)整個生命過程中持續(xù)的上皮再生。腸上皮中的干細(xì)胞到子細(xì)胞的轉(zhuǎn)變被認(rèn)為是一個高度動態(tài)和可塑性的過程。干細(xì)胞維持和分化為不同譜系是由周圍的微環(huán)境控制，包括細(xì)胞和細(xì)胞外基質(zhì)生態(tài)位。此外，在分子水平上，多種信號通路共同協(xié)調(diào)細(xì)胞間通訊以實(shí)現(xiàn)腸道的組織穩(wěn)態(tài)，而這些級聯(lián)反應(yīng)的失調(diào)通常與腸道疾病有關(guān)。因此，深入了解ISC和ISC生態(tài)位可能有助于對腸道疾病機(jī)制和干細(xì)胞再生的理解。

1. 腸道菌群通過生態(tài)位腸道血清素能神經(jīng)元驅(qū)動巨噬細(xì)胞依賴性ISC自我更新

Lgr5⁺ ISC位于隱窩底部的特殊生態(tài)位內(nèi)，具有自我更新和分化能力。中國科學(xué)院生物物理研究所感染與免疫重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室Zusen Fan團(tuán)隊表明ISC由微生物群和生態(tài)位腸道血清素能神經(jīng)元調(diào)節(jié)^[1]。腸道菌群代謝物戊酸通過阻斷NuRD復(fù)合體募集到Tph2啟動子上，促進(jìn)Tph2在腸道血清素能神經(jīng)元中的表達(dá)。血清素反過來通過其受體HTR2A/3A激活PGE2⁺巨噬細(xì)胞亞群中PGE2的產(chǎn)生；PGE2通過與其受體EP1/EP4結(jié)合，促進(jìn)ISC中的Wnt/β-catenin信號傳導(dǎo)，從而促進(jìn)其自我更新(圖1)。這一研究結(jié)果說明了微生物群、腸道神經(jīng)細(xì)胞、腸道免疫細(xì)胞和ISC之間的復(fù)雜串?dāng)_，揭示了生態(tài)位細(xì)胞和微生物群對ISC的新一層調(diào)控。

                                                                                                              圖1 PGE2驅(qū)動Wnt信號激活維持ISC的干性

2. 逆行運(yùn)動決定腸道中的有效干細(xì)胞數(shù)量

腸道上皮內(nèi)膜的形態(tài)和功能不同，但所有部位的組織更新都是由隱窩基部的干細(xì)胞驅(qū)動的。荷蘭癌癥研究所分子病理學(xué)Jacco van Rheenen團(tuán)隊觀察到小鼠小腸隱窩含有的有效干細(xì)胞是大腸隱窩的兩倍^[2]。他們發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)離隱窩基部的小腸細(xì)胞由于Wnt依賴的逆行細(xì)胞運(yùn)動可以作為長期有效的干細(xì)胞(圖2)。相比之下，大腸中幾乎沒有逆行運(yùn)動限制了細(xì)胞重新定位，導(dǎo)致有效干細(xì)胞數(shù)量減少。此外，抑制小腸逆行運(yùn)動后，有效干細(xì)胞數(shù)量減少，隱窩單克隆轉(zhuǎn)化率加快。這些結(jié)果表明，有效干細(xì)胞的數(shù)量是由主動逆行運(yùn)動決定的，揭示了一種新的干細(xì)胞調(diào)節(jié)通道。

                                                                                                                            圖2 Wnt信號促進(jìn)LGR5⁺細(xì)胞遷移

3. 通過腸干細(xì)胞分化的類器官模型篩選腸上皮細(xì)胞組成的調(diào)節(jié)劑

上皮屏障的細(xì)胞組成對機(jī)體內(nèi)穩(wěn)態(tài)至關(guān)重要。然而，缺乏用于識別調(diào)節(jié)上皮組成和功能的生物靶標(biāo)以及小分子的方法。美國哈佛-麻省理工學(xué)院健康科學(xué)與技術(shù)項(xiàng)目Alex K. Shalek團(tuán)隊展示了腸道干細(xì)胞分化的生物靶點(diǎn)和小分子調(diào)節(jié)劑可以通過使用數(shù)千個腸道干細(xì)胞分化成潘氏細(xì)胞的微型類器官模型進(jìn)行多重表型篩選來鑒定，并通過縱向單細(xì)胞RNA測序進(jìn)行驗(yàn)證^[3]。通過該類器官模型，他們發(fā)現(xiàn)核輸出蛋白1(XPO1)的抑制劑調(diào)節(jié)腸道干細(xì)胞的命運(yùn)，顯著增加類器官和野生型小鼠中潘氏細(xì)胞的豐度(圖3)。這項(xiàng)研究提供了一個框架來構(gòu)建譜系特異性分化的類器官模型，該模型可以揭示調(diào)節(jié)分化的途徑以及控制屏障組織組成的化合物。

                                                                                                                            圖3 XPO1抑制劑增強(qiáng)潘氏細(xì)胞分化

4. 淋巴管作為調(diào)節(jié)腸道干細(xì)胞活性的信號樞紐

小腸和大腸的上皮干細(xì)胞對其局部微環(huán)境作出反應(yīng)，以滿足對組織更新的持續(xù)需求。美國洛克菲勒大學(xué)哺乳動物細(xì)胞生物學(xué)與發(fā)育實(shí)驗(yàn)室Elaine Fuchs團(tuán)隊報告腸隱窩底部的淋巴管作為一般隱窩特別是ISC的信號樞紐發(fā)揮作用(圖4)^[4]。類器官共培養(yǎng)研究表明，淋巴衍生的配體直接作用于ISC并保持其自我更新能力和適應(yīng)性，同時抑制分化。此外，他們發(fā)現(xiàn)Wnt信號因子(WNT2, R-SPONDIN-3)和一種迄今未被重視的細(xì)胞外基質(zhì)蛋白REELIN是直接控制ISC再生潛力的隱窩淋巴信號。由于淋巴管可以發(fā)揮的作用的多樣性，它們與ISC的關(guān)聯(lián)可能會對疾病狀態(tài)產(chǎn)生重要影響。因此，這一發(fā)現(xiàn)可能促進(jìn)對腸道炎癥性和代謝障礙疾病的理解。

                                                                                                                           圖4 淋巴管作為調(diào)節(jié)腸道干細(xì)胞活性的信號樞紐

參考文獻(xiàn)

[1]Zhu P, Lu T, Wu J, et al. Gut microbiota drives macrophage-dependent self-renewal of intestinal stem cells via niche enteric serotonergic neurons. Cell Res. 2022;32(6):555-569. (IF=46.297)

[2]Azkanaz M, Corominas-Murtra B, Ellenbroek SIJ, et al. Retrograde movements determine effective stem cell numbers in the intestine. Nature. 2022;607(7919):548-554. (IF=69.504)

[3]Mead BE, Hattori K, Levy L, et al. Screening for modulators of the cellular composition of gut epithelia via organoid models of intestinal stem cell differentiation. Nat Biomed Eng. 2022;6(4):476-494. (IF=29.234)

[4]Niec RE, Chu T, Schernthanner M, et al. Lymphatics act as a signaling hub to regulate intestinal stem cell activity. Cell Stem Cell. 2022;29(7):1067-1082.e18. (IF=25.269)

云克隆不僅可提供多種消化系統(tǒng)疾病動物模型，包括胃潰瘍、結(jié)腸炎、腸易激綜合征、胃炎、十二指腸潰瘍等常見消化疾病動物模型，還具有各類消化系統(tǒng)疾病檢測指標(biāo)和上述HTR2A/3A、PGE2、Wnt/β-catenin、XPO1等相關(guān)產(chǎn)品，可助力廣大科研工作者進(jìn)行消化系統(tǒng)疾病相關(guān)研究。