人的腸道上皮細胞具有不可思議的受損自愈能力。腸上皮是單層細胞，可形成隱窩和絨毛結(jié)構(gòu)。穩(wěn)態(tài)時，腸上皮由位于隱窩內(nèi)干細胞和原始祖細胞的增殖推動，表現(xiàn)出高的更新頻率，約每3-5天迭代一次。隱窩細胞的高增殖率使隱窩對急性炎癥、化療或放療等造成的損傷極為敏感。遭遇損傷后，干細胞通常會丟失，而具有可分化的上皮細胞系遷移至損傷區(qū)域，恢復(fù)腸道干細胞 (ISCs)，其中就包含了對損傷修復(fù)再生很重要的隱窩基底柱狀干細胞 (CBCs)。了解組織再生的自然機制，對于旨在恢復(fù)或替換有缺陷的胃腸道組織的細胞療法至關(guān)重要。因此，研究腸道內(nèi)驅(qū)動再生反應(yīng)的細胞，以及腸道組織再生能力的信號機制，是找到新的腸道再生治療途徑的關(guān)鍵點。

 

2023年10月，東南大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院、“發(fā)育與疾病相關(guān)基因”教育部重點實驗室陳磊教授團隊聯(lián)合美國羅格斯大學(xué)Michael Verzi教授團隊在《Cell Stem Cell》（IF：23.29）雜志發(fā)表了題為“TGFB1 induces fetal reprogramming and enhances intestinal regeneration”的研究論文。該研究探討了在腸損傷修復(fù)過程中微環(huán)境細胞的相互作用，并發(fā)現(xiàn)了TGFB信號傳導(dǎo)在腸損傷后再生修復(fù)中的重要作用。同時提出可以體外誘導(dǎo)胚胎樣類器官增強其再生能力，并通過體內(nèi)移植這些誘導(dǎo)的類器官來治療腸損傷的新策略。

利用遺傳小鼠模型、表觀遺傳學(xué)（ATAC-seq&ChIP-seq）、細胞群和單細胞RNA測序（scRNA-seq）以及組織/類器官培養(yǎng)方法，探索了腸上皮細胞、間充質(zhì)細胞和免疫細胞之間的相互作用，以及TGFB信號傳導(dǎo)在腸損傷后再生修復(fù)中的重要作用。

其中 ChIP-seq的文庫制備，由Sage Science公司的 Pippin系列全自動DNA片段回收儀特異性地富集目的蛋白結(jié)合的DNA片段，去除雜帶，并且依據(jù)Pippin回收儀設(shè)置的回收范圍，設(shè)置生信分析流程中shift size （人為指定reads延伸的長度）參數(shù)值，這樣有利于提高預(yù)測結(jié)合位點（peak）的準確性，精準找到蛋白結(jié)合位點，減少非特異性結(jié)合的干擾（圖1）。

圖1. ChIP-seq顯示SMAD4與小鼠腸上皮中Sox9和Ctgf的基因座結(jié)合
 

在這項研究中，采用高通量測序方法、小鼠遺傳模型、小鼠和人類類器官模型的組合，發(fā)現(xiàn)TGFB信號在輻照后的腸道中被激活，且TGFB1的主要來源是單核細胞/巨噬細胞。并進一步探討了TGFB信號傳導(dǎo)與再生腸上皮的關(guān)系，以及TGFB1暴露后腸間質(zhì)促進再生的能力。接著發(fā)現(xiàn)TGFB1通過激活促再生轉(zhuǎn)錄因子YAP和SOX9在上皮中誘導(dǎo)胚胎樣再生狀態(tài)，從而在促進腸道再生中發(fā)揮關(guān)鍵作用。另外，在腸道類器官移植到腸損傷小鼠體內(nèi)的實驗中，發(fā)現(xiàn)TGFB1預(yù)處理的腸道類器官比起對照組表現(xiàn)出更強的類器官定植和再生的能力。這些結(jié)果表明，TGFB信號的調(diào)節(jié)可以增強人類腸道的再生（圖2）。

圖2. TGFB1在腸道再生中作用機制圖示
 

綜上所述，該研究發(fā)現(xiàn)TGFB可以誘導(dǎo)YAP-SOX9再生信號相關(guān)的回路，在腸道損傷修復(fù)過程中具有重要作用。通過誘導(dǎo)胚胎樣類器官來增強類器官的再生能力，提高類器官體內(nèi)移植對腸損傷的治療效果。該研究對腸損傷的再生醫(yī)學(xué)或細胞療法具有潛在的臨床意義。

Chen, Lei, et al. "TGFB1 induces fetal reprogramming and enhances intestinal regeneration." Cell Stem Cell 30.11 (2023): 1520-1537.

 

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