上海交大醫(yī)學(xué)院團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)新型腸道間質(zhì)細(xì)胞 為腸道修復(fù)提供新思路

　　東方網(wǎng)記者劉軼琳3月4日?qǐng)?bào)道：北京時(shí)間3月4日凌晨, 國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然》以Research Article形式在線發(fā)表了上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院上海市免疫學(xué)研究所蘇冰教授課題組的研究工作"MAP3K2-regulated intestinal stromal cells define a distinct stem cell niche”。該研究首次發(fā)現(xiàn)腸道干細(xì)胞底部存在一類被稱為MRISC的新型腸道間質(zhì)細(xì)胞（圖1）。該研究結(jié)合單細(xì)胞測(cè)序、ATAC測(cè)序、報(bào)告基因小鼠、體外腸道類器官共培養(yǎng)體系、以及腸道間質(zhì)細(xì)胞原位注射等技術(shù)，系統(tǒng)揭示了MRISC細(xì)胞在腸道炎癥和損傷過程中通過特異調(diào)控腸道干細(xì)胞微環(huán)境的Rspo1-WNT信號(hào)參與腸道上皮組織損傷修復(fù)的作用和機(jī)理，為腸道修復(fù)和再生及疾病臨床治療研究提供了新思路。

　　圖1. Working model 腸道干細(xì)胞底部的MRISC腸道間質(zhì)細(xì)胞通過感受炎癥損傷誘導(dǎo)的ROS信號(hào)，激活MAP3K2-ERK5-KLF2信號(hào)通路，上調(diào)R-spondin1表達(dá)，從而提高腸道干細(xì)胞的Wnt信號(hào)，促進(jìn)其增殖加強(qiáng)其修復(fù)腸道上皮損傷的功能。

　　炎癥和損傷通常能迅速激發(fā)腸道干細(xì)胞增殖促進(jìn)組織修復(fù)再生。腸道間質(zhì)細(xì)胞是腸道微環(huán)境組分中的重要成員，在FGF、TGF-β、Hedgehog與PDGF等信號(hào)調(diào)控下腸道間質(zhì)細(xì)胞可分化為多種復(fù)雜群體，它們通過與淋巴細(xì)胞、髓系細(xì)胞、上皮細(xì)胞、和神經(jīng)細(xì)胞的相互作用，協(xié)同調(diào)控腸道穩(wěn)態(tài)以及上皮干細(xì)胞的功能。借助譜系示蹤技術(shù)，腸道間質(zhì)細(xì)胞的功能異質(zhì)性正在逐步得到闡明：不同的腸道間質(zhì)細(xì)胞群體通過不同生長(zhǎng)因子與細(xì)胞因子的分泌可有效調(diào)節(jié)腸道穩(wěn)態(tài)與上皮結(jié)構(gòu)完整性。然而，至今仍然不清楚這些新發(fā)現(xiàn)的腸道間質(zhì)細(xì)胞群體在腸道穩(wěn)態(tài)維持與疾病條件下，如何精細(xì)調(diào)控腸道功能。

　　腸道間質(zhì)細(xì)胞長(zhǎng)期以來被認(rèn)為是一類相對(duì)簡(jiǎn)單缺乏異質(zhì)性的功能細(xì)胞。它們都表達(dá)CD140a、Col1a2、Vimentin等少數(shù)幾個(gè)標(biāo)志物，目前仍然缺乏精細(xì)研究其組織空間分布和亞群的工具。近年來單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)快速發(fā)展，揭示了腸道間質(zhì)細(xì)胞是一大類認(rèn)知較少、異常復(fù)雜且具高度異質(zhì)性的間質(zhì)細(xì)胞（Cell，2018）。Foxl1+特洛細(xì)胞（Nature，2018）及CD81+滋養(yǎng)細(xì)胞(Cell Stem Cell，2020)的發(fā)現(xiàn)，提示腸道可能存在多種分化不同且功能特異的腸道間質(zhì)細(xì)胞亞群。目前領(lǐng)域里對(duì)不同腸道間質(zhì)細(xì)胞亞群的特征、空間分布、它們?cè)诮M織損傷修復(fù)中的潛在功能、以及調(diào)節(jié)的細(xì)胞和分子機(jī)制仍知之甚少。因此對(duì)新型腸道間質(zhì)細(xì)胞亞群的身份鑒定，上游刺激信號(hào)的發(fā)現(xiàn)，以及中下游轉(zhuǎn)錄和表觀遺傳調(diào)控通路的闡明已成為間質(zhì)細(xì)胞領(lǐng)域最基礎(chǔ)和重要的科學(xué)問題。腸道上皮發(fā)育分化依賴于腸道微環(huán)境中的Wnt-BMP對(duì)沖信號(hào)的濃度梯度，但Wnt激活劑R-spondins梯度形成的調(diào)控機(jī)制仍然不清楚。盡管已知腸道間質(zhì)細(xì)胞是R-spondins的主要來源，但腸道“干細(xì)胞巢”(Stem Cell Niche)中R-spondins的細(xì)胞來源仍有諸多爭(zhēng)議。同時(shí)，R-spondin1蛋白的轉(zhuǎn)錄、翻譯以及釋放的調(diào)控機(jī)理也不明了。

　　蘇冰教授課題組的該項(xiàng)研究首先發(fā)現(xiàn)進(jìn)化保守的Thr/Ser蛋白激酶MAP3K2對(duì)DSS誘導(dǎo)的小鼠腸炎能通過維持損傷腸道中Lgr5+干細(xì)胞的數(shù)量和功能起到關(guān)鍵的保護(hù)作用。MAP3K2是一個(gè)多器官組成性表達(dá)的絲/蘇氨酸蛋白激酶。在分子機(jī)制上研究人員發(fā)現(xiàn)Map3k2通過響應(yīng)DSS誘導(dǎo)的損傷信號(hào)上調(diào)R-spondin1的表達(dá)，介導(dǎo)MAPK信號(hào)與Wnt信號(hào)之間的互作；并確認(rèn)腸道間質(zhì)細(xì)胞是腸道炎癥損傷信號(hào)上調(diào)R-spondin1表達(dá)的關(guān)鍵細(xì)胞。為了精確確定受MAP3K2調(diào)控的腸道間質(zhì)細(xì)胞的特征和功能，研究人員利用單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)發(fā)現(xiàn)并分離得到一群帶有CD90+CD81+CD34+CD138-特征的腸道間質(zhì)細(xì)胞，并命名為MRISC。通過腸道類器官共培養(yǎng)以及腸道原位細(xì)胞注射實(shí)驗(yàn)，課題組成功證明了MRISC具有對(duì)腸道干細(xì)胞特異的調(diào)節(jié)功能。并通過構(gòu)建全新的Rspo1-tdTomato報(bào)告基因小鼠，揭示MRISC定位于腸道“干細(xì)胞巢”的下方（圖2）。

　　圖2. MRISC位于腸道干細(xì)胞Niche底部 圖片是Rspo1-tdTomato小鼠結(jié)腸通過免疫熒光染色的方法顯示MRISC(CD34+CD81+tdTomato+)（白色）位于腸道隱窩干細(xì)胞底部。

　　為進(jìn)一步研究MAP3K2特異調(diào)控新型腸道間質(zhì)細(xì)胞MRISC中R-spondin1表達(dá)的分子機(jī)制并探索其表觀遺傳的特征，研究人員獲取了不同腸道間質(zhì)細(xì)胞的ATAC-Seq數(shù)據(jù)，揭示MRISC有著與其他間質(zhì)細(xì)胞非常不同的表觀遺傳調(diào)控特征（圖3），并發(fā)現(xiàn)MRISC的核心轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子KLF2直接受MAP3K2信號(hào)調(diào)控。后續(xù)的體外實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)了“活性氧（ROS）-MAP3K2-ERK5-KLF2”這一全新的誘導(dǎo)R-spondin1產(chǎn)生分子通路。通過同人腸道單細(xì)胞測(cè)序數(shù)據(jù)的比較分析，研究人員也找到了與小鼠MRISC對(duì)應(yīng)的人的MRISC細(xì)胞，并猜測(cè)其同樣可能參與調(diào)控腸道炎癥。

　　圖3. MRISC具有獨(dú)特的表觀遺傳特征 圖片顯示小鼠結(jié)腸MRISC，CD34SP,CD138+,Myofibroblast間質(zhì)細(xì)胞ATAC-seq的熱圖結(jié)果，顯示同其它腸道間質(zhì)細(xì)胞比較MRISC具有獨(dú)特的染色體開放區(qū)域。

　　本文借MRISC的發(fā)現(xiàn)對(duì)以上皮干細(xì)胞微環(huán)境為靶點(diǎn)的炎癥性腸病治療方案具有重要的指導(dǎo)意義，同時(shí)，新建立的間質(zhì)細(xì)胞示蹤模型也將極大促進(jìn)腸道微環(huán)境研究領(lǐng)域的發(fā)展。但更為重要的是，通過對(duì)MRISC以及其它腸道間質(zhì)細(xì)胞亞群的鑒定，讓我們意識(shí)到間質(zhì)細(xì)胞可能就像CD4+T淋巴細(xì)胞一樣，包含諸如參與I、II、III型免疫反應(yīng)的效應(yīng)T細(xì)胞，調(diào)節(jié)性T細(xì)胞以及濾泡輔助性T細(xì)胞等多個(gè)輔助性CD4+T細(xì)胞亞群，這些CD4+T細(xì)胞亞群的發(fā)現(xiàn)推動(dòng)了T細(xì)胞領(lǐng)域近四十年的深入研究。與此相類似的是，髓系中的巨噬細(xì)胞亞群，尤其是近年來，針對(duì)胚胎來源組織駐留和成體骨髓來源巨噬細(xì)胞在各主要器官迥然不同的組織分布與調(diào)節(jié)功能的研究正如火如荼的開展。因此，MRISC以及其它主要間質(zhì)細(xì)胞亞群標(biāo)記系統(tǒng)的建立必將極大推動(dòng)間質(zhì)細(xì)胞在免疫、神經(jīng)、腫瘤、代謝、衰老等生命科學(xué)重要過程中功能的闡釋；而人體內(nèi)相對(duì)應(yīng)的間質(zhì)細(xì)胞主要亞群的發(fā)現(xiàn)和鑒定將同樣推動(dòng)其在人類疾病如腸道腫瘤、食物過敏等炎癥誘導(dǎo)疾病中作用的解析。

　　這項(xiàng)研究是蘇冰教授團(tuán)隊(duì)通力協(xié)作的成果，也是蘇冰教授離開耶魯大學(xué)回國(guó)后加入上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院開展的第一個(gè)課題。課題組伍寧波博士和孫宏翔博士是該論文的共同第一作者。伍寧波博士2012年開始啟動(dòng)本課題的研究，受實(shí)驗(yàn)室建設(shè)初期實(shí)驗(yàn)條件限制，課題組用了近兩年的時(shí)間，直到2014年才開始建立并逐步積累實(shí)驗(yàn)所需的基本條件，得到了第一個(gè)表型。之后又經(jīng)過漫長(zhǎng)的摸索，在伍寧波博士和孫宏翔博士的精誠(chéng)團(tuán)結(jié)緊密合作和課題組的支持下，最終聚焦到腸道間質(zhì)細(xì)胞MRISC。

　　文章通訊作者蘇冰教授是上海交通大學(xué)王寬誠(chéng)講席教授，上海市免疫學(xué)研究所所長(zhǎng)，上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院免疫與微生物系系主任。蘇冰教授同時(shí)兼任上海交大醫(yī)學(xué)院-耶魯大學(xué)免疫代謝聯(lián)合研究院主任。蘇冰教授長(zhǎng)期致力于MAPK和SIN1/mTOR調(diào)控的細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)研究，取得了一系列突破性科學(xué)發(fā)現(xiàn)和成果。相關(guān)工作以通訊作者相繼發(fā)表于國(guó)際頂尖雜志包括Cell，Nature Genetics，Nature，Nature Immunology，Immunity，EMBO J， Blood，Mol Cell等雜志。近年來蘇冰教授課題組聚焦腸道黏膜免疫和炎癥相關(guān)疾病的基礎(chǔ)研究，并與瑞金醫(yī)院、仁濟(jì)醫(yī)院等臨床科室合作開展臨床轉(zhuǎn)化研究。

　　蘇冰教授及研究團(tuán)隊(duì)