Cell Stem Cell | 使用优化的人小肠类器官培养方法揭示IL-22对肠道上皮细胞的真实作用

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关键词：细胞器官揭示Cell

资讯来源：BioArt

发布时间： 2022-09-06

撰文 | 雪月

白介素22 （ IL-22 ）是由免疫细胞产生，主要作用于上皮细胞。IL-22代表了免疫系统与表达IL-22受体细胞的主要通信途径。IL-22在肠道中具有重要作用，是黏膜愈合的重要驱动分子。有研究发现IL-22直接促进肠道干细胞的数量和增殖活性来促进组织再生，这是基于小鼠体外类器官进行的研究。也有研究表明IL-22通过促进TA细胞增殖来促进再生，但同时会抑制肠干细胞 ISC 的扩增，能够诱导ISC的凋亡。IL-22也可以通过促进杯状细胞分化和黏蛋白分泌、抗菌肽的产生来维持肠道屏障保护作用。但是IL-22在IBD中的作用还存在争议。在小鼠模型中，中和IL-22可以改善肠道炎症，但是IL-22或IL-22R缺失会加重炎症。用IL-22-Fc融合蛋白也可以改善野生型小鼠炎症水平。而在IBD患者的疾病进展与IL-22的增加相关，表明IL-22在IBD中有致病作用。而另一项研究也表明IL-22在IBD患者中具有保护作用。

小肠类器官 （Small intestinal organoids SIOs ）提供了一种较好控制的体外模型，可用于在没有多种混杂因素存在的情况下研究原代上皮细胞的调控机制。虽然人SIO培养已经改进了方法，但是人肠道细胞类型多样性和三维结构还尚未完全解析。现有的培养SIO方法主要由祖细胞组成，成熟的潘氏细胞仍很少，出芽率也较低。而且人潘氏细胞分化机制还尚不清楚。

2022年8月23日，来自荷兰皇家艺术与科学学院的Hans Clevers 团队在Cell Stem Cell 上发表题为 Optimized human intestinal organoid model reveals interleukin-22-dependency of paneth cell formation 的文章。 该研究优化了人肠类器官的培养方法，并用优化的方法探究了IL-22对于小肠上皮细胞中潘氏细胞的作用。

作者用IL-22处理小鼠和人SIO，都没有观察到干细胞扩增和类器官生长。于是作者优化了SIO培养，来研究IL-22对肠细胞类型的影响。作者首先开发了两步法培养以促进SIO向成熟方向变化。常规SIO维持“无芽“类器官生长，主要由干细胞和肠上皮祖细胞组成。作者祛除了培养基中的有丝分裂因子驱动SIO向成熟肠细胞分化，推动细胞差异化。14天后，移除CHIR99021和减少Wnt3，作者称为成熟培养基。成熟培养基可以促进类器官长出隐窝状出牙结构。作者制作了一个三重报告类器官，可以标记杯状细胞、肠内分泌细胞和潘氏细胞。用作者构建的成熟类器官，作者发现杯状细胞和肠内分泌细胞分散在整个类器官结构中。加入IL-22后，潘氏细胞会显现，主要位于芽基部。作者又用免疫组化等方法证实了这一现象。接下来作者用自己创建的方法并结合IL-22培养了14天的类器官进行单细胞转录组分析。作者总共获得了1283个细胞，这些细胞聚集成10簇细胞，用各种细胞标志物进行区分，再次证明了作者创建的培养方法能够复制人肠道隐窝细胞异质性和分化特征。

接下来为了评估IL-22对肠道上皮的影响，作者用他们创建的培养系统培养了添加IL-22和不添加IL-22的人小肠类器官进行单细胞转录组分析。分析发现IL-22并不能促进肠道再生，而是诱导人潘氏细胞分化。IL-10RB的敲除会导致人小肠类器官中潘氏细胞缺失。PI3K/AKT/mTOR是IL-22信号的下游介导人潘氏细胞的分化。而IL-22诱导的抗菌肽表达则并不限于潘氏细胞。

本研究优化了人小肠类器官培养系统，该系统促进小肠类器官出芽以及分化，细胞多样性增加。通过此系统分析阐明了IL-22对于小肠上皮细胞的影响。这一改进也拓宽了人肠道类器官的应用。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.stem.2022.08.002

制版人：十一

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