撰文 | Qi

責編 | 兮

組織內的幹細胞龕對於調節幹細胞維持，自我更新和分化而言是必不可少的，其主要由多種物理和化學線索組成，包括細胞外基質（extracellular matrix, ECM），細胞間接觸，生長因子和其他小分子，如代謝產物等【1-3】。瞭解各種組織中的幹細胞龕是理解組織如何維持體內平衡以及疾病發病機制的關鍵。儘管在過去十年中這方面已取得重大進展，但很顯然，當前的體外系統尚未最佳化至能夠最準確地反映體內環境的條件。然而最近，單細胞技術的應用已開始解決有關健康和疾病階段人類腸道組織和腸道幹細胞（intestinal stem cell, ISC）龕細胞異質性資訊的難題【4,5】。

近日，來自美國密歇根大學醫學院的Jason R. Spence課題組在Cell Stem Cell雜誌上發表了一篇題為“Mapping Development of the Human Intestinal Niche at Single-Cell Resolution” 的文章，在這項研究中，作者透過scRNA-seq以及熒光原位雜交（fluorescence in situ hybridization, FISH）技術定義構成腸道幹細胞龕的細胞多樣性，突出腸道EGF/ERBB訊號的複雜性，為進一步研究人類胎兒腸道中的細胞關聯性奠定基礎，也同樣為體外實驗提供重要基準。

為了捕獲對人類腸道發育有貢獻的完整細胞型別，作者從受孕後47到132天之間的8個樣本中分離出全厚度腸組織，使用scRNA-seq對24783個細胞進行分析，並使用力導向佈局（force-directed layout）大致根據發育年齡（受孕後的天數）對細胞進行排序，提示一些間充質細胞群包括PDGFRAHI / F3HI / DLL1HI群，GPX3HI群，TAGLNHI / RGS5-平滑肌細胞群等的出現，並且不同的間充質細胞群出現在特定的發育階段，例如，在大約59天后出現F3HI / PDGFRAHI細胞，而在大約80天后出現GPX3HI / F3LO / PDGFRALO和TAGLNHI / RGS5-平滑肌細胞（見圖1）。

圖1，人類發育中的十二指腸內間充質細胞群的異質性

先前雖然已有許多研究證明腸道類器官體外培養系統所需的龕因子，但尚未利用諸如scRNA-seq之類的高解析度技術探索在發育中的人類腸道中的龕因子。為此，作者首先確定人胎兒腸道內的哪些細胞表達已知的龕因子。此外，表皮生長因子（epidermal growth factor, EGF）作為小鼠腸道體外培養中增殖的關鍵驅動力，在間充質中並未觀察到EGF的表達，而EGF家族成員神經調節蛋白（Neuregulin 1, NRG1）卻富集於F3HI / PDGFRAHI細胞群中，且EGFR，包括ERBB2和ERBB3在內的ERBB受體在發育中的腸上皮細胞中廣泛表達。

為了研究NRG1和EGF對腸道上皮細胞的影響，作者將利用標準培養條件（WNT3A / RSPO3 / NOG，新增EGF）培養的人類胎兒十二指腸源性腸道上皮類器官分為兩組，一組繼續新增EGF，而另一組將EGF替換為NRG1。對這兩組進行scRNA-seq，IF和FISH分析發現，相對於EGF組而言，NRG1無法增強已建立的腸道類器官的增殖和生長。由於上述實驗是在包含EGF的長期培養中建立的腸道類器官中完成的，為了確定不同EGF家族成員對腸道類器官建立和長期生長的影響，類似地，作者在標準培養條件下（WNT3A / RSPO3 / NOG）額外附加以下條件，即不存在EGF / NRG1，只有EGF，只有NRG1，同時存在EGF / NRG1的情況下培養新鮮分離的腸隱窩組織並完成分析，結果表明NRG1與體外培養的腸道上皮細胞型別多樣性增加相關。

總的來說，這項研究基於scRNA-seq和FISH，表明不同發育階段的人類胎兒腸道幹細胞龕由多種細胞來源構成，並突顯EGF家族不同成員的特定作用，尤其是NRG1而非EGF在體外腸樣培養物中的譜系分化相關功能。此外，作者也觀察到WNT2B，RSPO2和RSPO3在人胎腸的黏膜肌層以及更廣泛定義為成纖維細胞的細胞中表達，相較於最近在人類結腸以及小鼠腸道的單細胞研究而言，是一個獨特的發現。

原文連結：

https://doi.org/10.1016/j.stem.2020.11.008

製版人： 啟萌之星

參考文獻

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