北京時間3月4日凌晨, 國際學術期刊《自然》以Research Article形式在線發(fā)表了上海交通大學醫(yī)學院上海市免疫學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)腸道干細胞底部存在一類被稱為MRISC的新型腸道間質細胞（圖1）,。該研究結合單細胞測序,、ATAC測序、報告基因小鼠,、體外腸道類器官共培養(yǎng)體系以及腸道間質細胞原位注射等技術,，系統(tǒng)揭示了MRISC細胞在腸道炎癥和損傷過程中通過特異調控腸道干細胞微環(huán)境的Rspo1-WNT信號參與腸道上皮組織損傷修復的作用和機理，為腸道修復和再生及疾病臨床治療研究提供了新思路,。
圖1. Working model腸道干細胞底部的MRISC腸道間質細胞通過感受炎癥損傷誘導的ROS信號,，激活MAP3K2-ERK5-KLF2信號通路，上調R-spondin1表達,，從而提高腸道干細胞的Wnt信號，促進其增殖加強其修復腸道上皮損傷的功能,。
原文鏈接：https://dx.doi.org/10.1038/s41586-021-03283-y
炎癥和損傷通常能迅速激發(fā)腸道干細胞增殖促進組織修復再生,。腸道間質細胞是腸道微環(huán)境組分中的重要成員，在FGF,、TGF-β,、Hedgehog與PDGF等信號調控下腸道間質細胞可分化為多種復雜群體，它們通過與淋巴細胞,、髓系細胞,、上皮細胞、和神經(jīng)細胞的相互作用,，協(xié)同調控腸道穩(wěn)態(tài)以及上皮干細胞的功能,。借助譜系示蹤技術，腸道間質細胞的功能異質性正在逐步得到闡明：不同的腸道間質細胞群體通過不同生長因子與細胞因子的分泌可有效調節(jié)腸道穩(wěn)態(tài)與上皮結構完整性,。然而,，這些新發(fā)現(xiàn)的腸道間質細胞群體在腸道穩(wěn)態(tài)維持與疾病條件下，如何精細調控腸道功能至今仍然不清楚,。
腸道間質細胞長期以來被認為是一類相對簡單缺乏異質性的功能細胞,。它們都表達CD140a、Col1a2,、Vimentin等少數(shù)幾個標志物,，目前仍然缺乏精細研究其組織空間分布和亞群的工具。近年來單細胞測序技術快速發(fā)展,，揭示了腸道間質細胞是一大類認知較少,、異常復雜且具高度異質性的間質細胞（Cell，2018）,。Foxl1+特洛細胞（Nature,，2018）及CD81+滋養(yǎng)細胞(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細胞亞群,。目前領域里對不同腸道間質細胞亞群的特征,、空間分布、它們在組織損傷修復中的潛在功能,、以及調節(jié)的細胞和分子機制仍知之甚少,。因此對新型腸道間質細胞亞群的身份鑒定，上游刺激信號的發(fā)現(xiàn),，以及中下游轉錄和表觀遺傳調控通路的闡明已成為間質細胞領域最基礎和重要的科學問題,。腸道上皮發(fā)育分化依賴于腸道微環(huán)境中的Wnt-BMP對沖信號的濃度梯度，但Wnt激活劑R-spondins梯度形成的調控機制仍然不清楚,。盡管已知腸道間質細胞是R-spondins的主要來源,，但腸道“干細胞巢”(Stem Cell Niche)中R-spondins的細胞來源仍有諸多爭議。同時,，R-spondin1蛋白的轉錄,、翻譯以及釋放的調控機理也不明了。
蘇冰教授課題組的該項研究首先發(fā)現(xiàn)進化保守的Thr/Ser蛋白激酶MAP3K2對DSS誘導的小鼠腸炎能通過維持損傷腸道中Lgr5+干細胞的數(shù)量和功能起到關鍵的保護作用,。MAP3K2是一個多器官組成性表達的絲/蘇氨酸蛋白激酶,。在分子機制上研究人員發(fā)現(xiàn)Map3k2通過響應DSS誘導的損傷信號上調R-spondin1的表達，介導MAPK信號與Wnt信號之間的互作,；并確認腸道間質細胞是腸道炎癥損傷信號上調R-spondin1表達的關鍵細胞,。為了精確確定受MAP3K2調控的腸道間質細胞的特征和功能，研究人員利用單細胞測序技術發(fā)現(xiàn)并分離得到一群帶有CD90+CD81+CD34+CD138-特征的腸道間質細胞,，并命名為MRISC,。通過腸道類器官共培養(yǎng)以及腸道原位細胞注射實驗，課題組成功證明了MRISC具有對腸道干細胞特異的調節(jié)功能,。并通過構建全新的Rspo1-tdTomato報告基因小鼠,，揭示MRISC定位于腸道“干細胞巢”的下方（圖2）。
圖2. MRISC位于腸道干細胞Niche底部圖片是Rspo1-tdTomato小鼠結腸通過免疫熒光染色的方法顯示MRISC(CD34+CD81+tdTomato+)（白色）位于腸道隱窩干細胞底部,。
為進一步研究MAP3K2特異調控新型腸道間質細胞MRISC中R-spondin1表達的分子機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細胞的ATAC-Seq數(shù)據(jù)，揭示MRISC有著與其他間質細胞非常不同的表觀遺傳調控特征（圖3）,，并發(fā)現(xiàn)MRISC的核心轉錄調控因子KLF2直接受MAP3K2信號調控,。后續(xù)的體外實驗進一步發(fā)現(xiàn)了“活性氧（ROS）-MAP3K2-ERK5-KLF2”這一全新的誘導R-spondin1產生分子通路。通過同人腸道單細胞測序數(shù)據(jù)的比較分析,，研究人員也找到了與小鼠MRISC對應的人的MRISC細胞,，并猜測其同樣可能參與調控腸道炎癥。
圖3. MRISC具有獨特的表觀遺傳特征圖片顯示小鼠結腸MRISC,，CD34SP,CD138+,Myofibroblast間質細胞ATAC-seq的熱圖結果,，顯示同其它腸道間質細胞比較MRISC具有獨特的染色體開放區(qū)域。
本文借MRISC的發(fā)現(xiàn)對以上皮干細胞微環(huán)境為靶點的炎癥性腸病治療方案具有重要的指導意義，同時新建立的間質細胞示蹤模型也將極大促進腸道微環(huán)境研究領域的發(fā)展,。但更為重要的是,，通過對MRISC以及其它腸道間質細胞亞群的鑒定，讓我們意識到間質細胞可能就像CD4+T淋巴細胞一樣,，包含諸如參與I,、II、III型免疫反應的效應T細胞,、調節(jié)性T細胞以及濾泡輔助性T細胞等多個輔助性CD4+T細胞亞群,，這些CD4+T細胞亞群的發(fā)現(xiàn)推動了T細胞領域近四十年的深入研究。因此,，MRISC以及其它主要間質細胞亞群標記系統(tǒng)的建立必將極大推動間質細胞在免疫,、神經(jīng)、腫瘤,、代謝,、衰老等生命科學重要過程中功能的闡釋；而人體內相對應的間質細胞主要亞群的發(fā)現(xiàn)和鑒定將同樣推動其在人類疾病如腸道腫瘤,、食物過敏等炎癥誘導疾病中作用的解析。
這項研究是蘇冰教授團隊通力協(xié)作的成果,，也是蘇冰教授離開耶魯大學回國后加入上海交通大學醫(yī)學院開展的第一個課題,。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年開始啟動本課題的研究,，受實驗室建設初期實驗條件限制,，課題組用了近兩年的時間建立并逐步積累實驗所需基本條件，得到第一個表型,。之后在伍寧波博士和孫宏翔博士的精誠團結緊密合作和課題組的支持下,，經(jīng)過漫長的摸索最終聚焦到腸道間質細胞MRISC。
伍寧波 博士 蘇冰 教授 孫宏翔 博士
文章通訊作者蘇冰教授是上海交通大學王寬誠講席教授,，上海市免疫學研究所所長,，上海交通大學醫(yī)學院免疫與微生物系系主任。蘇冰教授同時兼任上海交通大學醫(yī)學院-耶魯大學免疫代謝研究院主任,。蘇冰教授長期致力于MAPK和SIN1/mTOR調控的細胞信號轉導研究,，取得了一系列突破性科學發(fā)現(xiàn)和成果。相關工作以通訊作者相繼發(fā)表于國際頂尖雜志包括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疾病的基礎研究,，并與瑞金醫(yī)院、仁濟醫(yī)院等臨床科室合作開展臨床轉化研究,。
該項研究還得到了來自包括新加坡免疫學聯(lián)網(wǎng)的Florent Ginhoux教授（上海市免疫學研究所客座教授）,、Lai Guan Ng教授、Melissa Ng博士,、中國科學院分子細胞科學卓越創(chuàng)新中心（生物化學與細胞生物學研究所）周斌研究員,、何靈娟博士、 曾藝研究員,、耶魯大學Richard Flavell教授（兼任上海交通大學醫(yī)學院-耶魯大學免疫代謝研究院教授）,、Manolis Roulis博士、瑞金醫(yī)院消化科鄒多武主任和博士生張堯以及上海市免疫學研究所的劉智多,、陳磊,、葉幼瓊及李華兵研究員、上海交通大學醫(yī)學院基礎醫(yī)學院程金科教授等在內的多方合作與鼎力支持,。課題組的多位研究生尤其是趙曉赟和譚劍美同學為本研究做出了重要貢獻,。文章作者也借此機會感謝國家自然科學基金委（項目3201101152、91942311,、和31930035）,、上海市科委（項目20410714000）和癌基因與相關基因國家重點實驗室的支持，感謝上海交通大學醫(yī)學院上海市免疫學研究所流式平臺,、單細胞測序平臺,、顯微成像平臺、基因修飾動物平臺對此研究的鼎力支持,，最后感謝蘇冰教授課題組的全體成員對本研究的支持,。
蘇冰教授及研究團隊
目前蘇冰教授團隊正基于此項研究建立的系統(tǒng)和方法開展進一步的分子機制與臨床轉化研究，博士后加盟或洽談課題合作,，歡迎直接發(fā)送郵件聯(lián)系：[email protected],。
蘇冰教授實驗室簡介：
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撰稿：伍寧波、孫宏翔
審核：方麗娟,、蘇 冰
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