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苏冰团队《Nature》发文发现新型肠道间质细胞及其调控肠道干细胞Niche的损伤修复机制

作者:苏冰    来源自:中国免疫学会    点击数:10928   发布时间:2021-05-24
       2021年4月22日《Nature》杂志以Research Article形式发表了上海交通大学医学院上海市免疫学研究所苏冰教授课题组题为“MAP3K2-regulated intestinal stromal cells define a distinct stem cell niche”的研究论文。该研究首次发现肠道干细胞底部存在一类被称为MRISC的新型肠道间质细胞。该工作结合单细胞测序、ATAC测序、体外肠道类器官共培养体系、以及肠道间质细胞原位注射等技术,系统揭示了新型肠道间质细胞MRISC在肠道炎症和损伤过程中通过特异调控肠道干细胞微环境的R-spondin1-WNT信号,参与肠道上皮组织损伤修复的作用机制(图),为肠道修复和再生及疾病临床治疗研究提供了新思路。

 
图. 新型肠道间质细胞MRISC促进肠道上皮损伤修复的工作机制
肠道干细胞底部的MRISC肠道间质细胞通过感受炎症损伤诱导的活性氧(ROS)信号,激活MAP3K2-ERK5-KLF2信号通路,上调R-spondin1表达,从而提高肠道干细胞的Wnt信号,促进其修复肠道上皮损伤的功能。

       炎症和损伤通常能迅速激发肠道干细胞增殖促进组织修复再生,但是炎症情况下肠道干细胞微环境信号的调控机制仍不清楚。肠道间质细胞是肠道微环境组分中的重要成员,它们通过与肠道上皮细胞、免疫细胞和神经细胞的相互作用,协同调控肠道稳态以及上皮干细胞的功能。长期以来,肠道间质细胞被认为是一类相对简单缺乏异质性的功能细胞。随着单细胞测序技术快速发展,研究人员揭示了肠道间质细胞是一大类认知较少、异常复杂且具高度异质性的细胞群。目前领域内对不同肠道间质细胞亚群的特征、空间分布、它们在组织损伤修复中的潜在功能、以及调节的细胞和分子机制仍知之甚少。因此对新型肠道间质细胞亚群的身份鉴定,上游刺激信号的发现,以及中下游转录和表观遗传调控通路的阐明已成为间质细胞领域最基础和重要的科学问题。
       该项研究首先发现进化保守的Thr/Ser蛋白激酶MAP3K通过维持损伤肠道中Lgr5+干细胞的数量和功能,对DSS诱导的小鼠肠炎能起到关键的保护作用。在分子机制上研究人员发现MAP3K2通过响应DSS诱导的损伤信号上调R-spondin1的表达,介导MAPK信号与Wnt信号之间的互作,并确认肠道间质细胞是肠道炎症损伤信号上调R-spondin1表达的关键细胞。为了精确找到受MAP3K2调控的肠道间质细胞的特征,研究人员利用单细胞测序技术发现并分离得到一群带有CD90+CD81+CD34+CD138-特征的肠道间质细胞,并命名为MRISC(MAP3K2-Regulated Intestinal Stromal Cells)。通过肠道类器官共培养以及肠道原位细胞注射实验,课题组成功证明了MRISC具有对肠道干细胞特异的调节功能。并通过构建全新的Rspo1-tdTomato报告基因小鼠,揭示MRISC定位于肠道“干细胞巢”的下方。
       为进一步研究MAP3K2特异调控新型肠道间质细胞MRISC中R-spondin1表达的分子机制并探索其表观遗传的特征,研究人员获取了不同肠道间质细胞的ATAC-Seq数据,揭示MRISC具有与其他间质细胞非常不同的表观遗传调控特征,并发现MRISC的核心转录调控因子KLF2直接受MAP3K2信号调控。后续的体外实验进一步发现了“活性氧(ROS)-MAP3K2-ERK5-KLF2”这一全新的诱导R-spondin1产生分子通路。通过与人肠道间质细胞单细胞测序数据的比较分析,研究人员也找到了与小鼠MRISC对应的人的MRISC细胞,并猜测其同样可能参与调控肠道炎症。
       本研究中MRISC的发现对以上皮干细胞微环境为靶点的炎症性肠病治疗方案具有重要的指导意义。并且通过对MRISC以及其它肠道间质细胞亚群的鉴定,让我们意识到间质细胞可能就像CD4T淋巴细胞一样,包含类似效应T细胞,调节性T细胞以及辅助性T细胞等多个细胞亚群,这些CD4+ T细胞亚群的发现推动了T细胞领域近四十年的深入研究。因此,MRISC以及其它主要间质细胞亚群标记系统的建立必将极大推动间质细胞在免疫、神经、肿瘤、代谢、衰老等生命科学重要过程中功能的阐释。
       上海交通大学医学院伍宁波和孙宏翔博士是该论文的共同第一作者。文章通讯作者是上海交大医学院上海市免疫学研究所苏冰教授。该项研究得到了来自包括新加坡免疫学联网的Florent Ginhoux和Lai Guan Ng教授、中国科学院分子细胞科学卓越创新中心周斌和曾艺研究员、耶鲁大学Richard Flavell教授、瑞金医院消化科邹多武主任、上海市免疫学研究所刘智多,陈磊,叶幼琼和李华兵研究员以及上海交通大学医学院程金科教授等在内的大力支持和帮助。该研究还得到了国家自然科学基金委、上海市科委和癌基因与相关基因国家重点实验室等项目的资助,同时也得到了上海交通大学医学院和上海市免疫学研究所公共平台的支持。
       目前苏冰教授团队正基于此项研究建立的系统和方法开展进一步的分子机制与临床转化研究,博士后加盟或洽谈课题合作,欢迎直接发送邮件联系:bingsu@sjtu.edu.cn

       原文链接:https://www.nature.com/articles/s41586-021-03283-y

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