3月4日，國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然》在線(xiàn)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論文。論文表明，研究首次發(fā)現(xiàn)腸道干細(xì)胞底部存在一類(lèi)被稱(chēng)為MRISC的新型腸道間質(zhì)細(xì)胞。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(lèi)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(guò)程中通過(guò)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。
腸道干細(xì)胞底部的MRISC腸道間質(zhì)細(xì)胞通過(guò)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
據(jù)記者了解，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(guò)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(guò)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。長(zhǎng)期以來(lái)，腸道間質(zhì)細(xì)胞被認(rèn)為是一類(lèi)相對(duì)簡(jiǎn)單缺乏異質(zhì)性的功能細(xì)胞。
近年來(lái)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(lèi)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(wèn)題。
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(guò)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(guò)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(guò)腸道類(lèi)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(guò)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。
MRISC位于腸道干細(xì)胞Niche底部
圖片是Rspo1-tdTomato小鼠結(jié)腸通過(guò)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，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(guò)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。
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(kāi)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(guò)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(lèi)似的是，髓系中的巨噬細(xì)胞亞群，尤其是近年來(lái)，針對(duì)胚胎來(lái)源組織駐留和成體骨髓來(lái)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(kāi)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(guò)程中功能的闡釋?zhuān)欢梭w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(lèi)疾病如腸道腫瘤、食物過(guò)敏等炎癥誘導(dǎo)疾病中作用的解析。
據(jù)悉，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(kāi)耶魯大學(xué)回國(guó)后加入上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院開(kāi)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。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。近年來(lái)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(kāi)展臨床轉(zhuǎn)化研究。
蘇冰教授及其研究團(tuán)隊(duì)
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