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Nature | Hans Clever实验室揭示簇细胞可作为人类受损肠道的“储备干细胞”

BioArt · 公众号 · 生物 · 2024-11-10 08:51

正文

撰文 | Qi

肠道LGR5⁺干细胞可分化产生具有吸收营养、产生激素和抵御病原体等功能的多种上皮细胞。簇细胞（tuft cell）是肠道内一种高度分化的上皮细胞，目前已在小鼠体内中确定有tuft-1和tuft-2两个子集【1】，其分别与神经发育和免疫功能相关。但由于人类体外簇细胞研究模型的缺乏，目前对其功能的研究主要来自小鼠。

近日，荷兰乌得勒支大学医学中心的Hans Clevers团队（共同一作为黄璐璐、Jochem H. Bernink（共同通讯）和Amir Giladi）在Nature杂志上发表了文章Tuft cells act as regenerative stem cells in the human intestine，他们通过对原代人肠切除样本和肠道类器官的分析，确定了4种不同的人簇细胞状态及其发育和功能特征，证明人类簇细胞能够抵抗辐射损伤并去分化为干细胞以促进肠道上皮细胞的修复，提出簇细胞可作为再生受损肠道的“储备干细胞库”。

为了生成用于可视化和跟踪人类肠道簇细胞动力学和功能的模型，该团队对已发表的scRNA-seq数据进行分析，进而筛选出一种在人类簇细胞中特异表达的标记物AVIL（编码结构肌动蛋白结合蛋白advillin的基因），随后将绿色荧光蛋白（mClover）融合至AVIL C端以构建报告细胞系。已知在小鼠体内，肠道IL-4和IL-13可促使LGR5⁺干细胞分化产生更多的簇细胞而在人肠道类器官中，该团队利用活细胞成像观察到IL-4/IL-13刺激已存的AVIL⁺细胞在36小时内持续分裂两次，且KI67⁺AVIL⁺双阳性的细胞在7天内持续增加，提示IL-4/IL-13可促进人肠道簇细胞的增殖。接下来，该团队将回肠类器官来源的上皮细胞分别置于有无IL-4/IL-13的培养基中培养，依据AVIL-Clover信号筛选出簇细胞后根据转录数据将其划分为tuft-1至tuft-4 4种不同的状态，其中tuft-3高表达增殖基因(KI67,PCNA, TOP2A等)。进一步分析组织来源的单细胞数据证明分裂簇细胞也在体内存在，最后该团队利用multiplex staining 在蛋白水平上证明了成熟的簇细胞具有分裂增殖能力（AVIL⁺POU2F3⁺KI67⁺; AVIL⁺GNAT3⁺KI67⁺三阳性细胞）。

基于簇细胞的增殖能力，该团队进一步利用AVIL-lineage tracing模型探索了其再生潜力，分选出的单个AVIL⁺ 细胞可以去分化为干细胞并进一步产生功能完整的肠道类器官。在辐射损伤杀死LGR5⁺干细胞模型中，簇细胞可以在辐射损伤中存活并进一步促进肠道上皮细胞的恢复。