在許多生物體中，微環境控制幹細胞自我更新和分化，進而調控成體組織的穩態。然而，目前並不清楚微環境是否會形成不同的亞單元，來調控幹細胞自我更新及其子細胞的逐步分化。很多研究已顯示，從果蠅到哺乳動物中，幹細胞自我更新受微環境調控。近些年的研究也發現，在果蠅卵巢中，幹細胞的子細胞分化過程亦受到微環境的調控【1，2】。分化通常發生於多種發育階段，從而產生一種或者多種型別細胞。然而，目前人們對分化微環境如何在細胞學水平上調控幹細胞子細胞的分化過程所知甚少。

果蠅卵巢是一種研究生殖幹細胞自我更新和分化的非常好的模型。果蠅卵巢的基本結構單位為卵巢小體，卵巢小體前端的卵原區(Germarium)中含有2-3個生殖幹細胞(Germline stem cell, GSC)。生殖幹細胞不對稱分裂產生的一個子細胞保留幹細胞命運, 另一個子細胞則遠離微環境形成包囊母細胞(cystoblast, CB)。位於果蠅卵巢的內原卵區鞘細胞（inner germarial sheath cells, IGS; 也被稱為護衛細胞，escort cells）能夠形成分化微環境，控制生殖幹細胞子細胞的分化【3】。研究發現，分化微環境透過利用Wnt, Hh, EGFR以及Jak-Stat等訊號通路阻止自我更新微環境分泌的訊號因子BMP的擴散，從而促進生殖細胞的分化。

果蠅卵巢原卵區（germarium）結構示意圖

2020年12月23日，美國Stowers醫學研究所解亭教授研究組在Current Biology上發表題為Multiple Niche Compartments Orchestrate Stepwise Germline Stem Cell Progeny Differentiation的文章（第一作者為博士後屠仁軍、段博），透過單細胞測序、熒光RNA原位雜交以及遺傳學等技術手段，首次鑑定出果蠅生殖幹細胞分化微環境可以分為四個亞群，並進一步證明了其在幹細胞子代細胞逐步分化過程中發揮重要作用。

首先，作者透過篩選果蠅庫，找到幾種在部分IGS細胞中特異性表的Gal4轉基因果蠅，初步表明了分化微環境可以分為不同的細胞型別。之後利用流式細胞熒光分選技術，結合單細胞測序，深度分析了分化微環境IGS單細胞的表達譜。結果發現，分化微環境可以分為四種亞群，即IGS1-IGS4。

作者進一步利用一種新型熒光RNA原位雜交——雜交鏈反應（Hybridization Chain Reaction，HCR）技術進行多通道組織原位RNA標記，成功確認了該四種分化微環境亞群， 並進一步鑑定出新的分化微環境和四個亞群的分子標記， 為下一步研究它們在生殖幹細胞後代分化過程中分子機制打下堅實的基礎。透過研究不同亞區特異性基因的功能，作者進一步證明，IGS1和IGS2分別直接和生殖幹細胞以及有絲分裂包囊（cysts）相互作用，控制幹細胞的維持和囊細胞的形成。IGS3和IGS4和16-細胞包囊（16-cell cysts）相互作用，調節減數分裂、卵母細胞發育以及包囊結構改變， 但不同亞區產生的具體分子訊號有待將來去發掘。有趣的是，作者在研究生殖幹細胞分化微環境過程中還意外的鑑定出了一種卵泡細胞祖細胞（follicle cell progenitor），為以後卵泡幹細胞發育的研究奠定了基礎。

此外，作者還意外發現了四種IGS細胞亞群具有基因表達的動態性。例如，原位雜交和報告基因原位敲入實驗均證明了dpr17基因在IGS細胞中的表達具有多樣性以及動態性等特點。其大致可分為四種類型，即在所有IGS細胞中都不表達，或者只表達在IGS1和IGS2中，或者只表達在IGS3和IGS4中，再或者在IGS1-4中均有表達。dpr17基因編碼一種含有免疫球蛋白結構域的跨膜蛋白，能夠透過和另一種含有免疫球蛋白結構域的蛋白DIP-ε或者DIP-γ相結合，調控突觸的識別和特異化，但其在幹細胞發育中的作用尚不清楚。生殖細胞在成熟過程中必須沿著原卵區向後移動，而由於包裹它們的IGS細胞是固定不動的，所以生殖細胞必須脫離前一IGS細胞，隨後被包裹於後一IGS細胞，才能實現在原卵區內的移動。作者推測，具有識別功能跨膜蛋白Dpr17在IGS細胞中的動態表達可能和此生物學過程相關。當然，這還需要更多的實驗進一步驗證。

尤其重要的是，該研究為人們對分化微環境帶來了進一步的瞭解，揭示了幹細胞分化的分子細胞學機制。此前，人們認為分化微環境只是簡單的起到隔離自我更新微環境釋放的訊號的作用，生殖細胞的逐步分化是生殖細胞內在因子預設調控的。這項研究結果描述了分化微環境由多種亞群組成，分別直接控制成體幹細胞逐步分化發育過程，即生殖細胞的分化不僅僅受內源因子調節，還受到多種外在分化微環境亞群細胞的控制。