Nat Cell Biol | 利用胃峡部细胞培养体系揭示胃内稳态

撰文 | 我的闺蜜老红帽

腺胃（glandular stomach）是由一系列重复的上皮腺体所组成，包含的细胞高度分化，行使物理屏障、消化食物、感知营养以及产生激素等功能。特定胃肠道细胞类型，比如产生粘液的限窝细胞（mucus-producing pit cells），广泛分布于整个胃肠道上皮层，而其它类型的细胞往往集中分布在特定区域，比如胃体 (corpus) 和胃窦(antrum)这两组腺隔室（glandular compartments）之一【1,2】。例如，头区胃（proximal stomach）中的胃腺体（corpus glands）富含产酸壁细胞（acid-producing parietal cells）以及产胃蛋白酶原主细胞（pepsinogen-producing chief cells）。与之相对的是，尾区胃（distal stomach）中的胃窦腺（antral glands）富含产激素的肠内分泌细胞（enteroendocrine cells）。

经典标记滞留（label-retention）实验指出，高度分化的胃体和胃窦细胞可以通过多能干细胞进行持续不断的更新，这些多能干细胞通常分布在胃腺核心高度增殖的部位，也就是胃峡部（isthmus）【3,4】。通过启动子驱动Cre等位基因的遗传谱系追踪试验指出，胃峡部会持续产出高度保守且动态平衡的干细胞【5-10】。同类实验还指出，胃腺基底（gland base）也发现了多能干细胞。尤其值得注意的是，胃窦的胃腺基底细胞含有一定量可以行使基础干细胞功能的不成熟细胞，而胃体中的成熟主细胞多作为损伤诱导的干细胞。与之相似的是，高度分化的胃壁细胞（parietal cells）、Tuft细胞以及未经定义的表达Villin的细胞均证实可以作为损伤诱导型干细胞，在特定的条件之下，这些干细胞可以重塑胃部结构。为了在分子机制水平研究胃上皮细胞的发育、维稳以及癌变，学界开始采用单细胞RNA测序等研究手段，通过在不同情况之下比较特定的胃部细胞类型变化来回答上述问题。当然，目前来说，仍旧缺乏对胃体和胃窦中成熟和不成熟的胃上皮细胞，尤其是胃峡部和胃腺基底细胞之间的相互关系的全面了解。

近日，来自美国波士顿麻省总医院的Konrad Hochedlinger和哈佛大学的Peter V. Kharchenko研究组在Nature cell biology上发表题为Dissection of gastric homeostasis in vivo facilitates permanent capture of isthmus-like stem cells in vitro的文章，就上述问题进行了深入研究。

多种干细胞在体外移植和扩增是研究可再生组织的基础方法。在胃部，早期工作建立了小鼠和人类胃上皮细胞成功移植的方法，虽然这样的移植培养时间不能太长。随后的三维类器官工作影响更为深远，这类实验将胃腺包埋在基质胶中，可以在一定程度上促使上皮细胞无限扩增，并形成类器官，当然，这样的培养需要Lgr+胃腺基底样细胞起维持作用。与之不同的是，到目前为止，胃峡部干细胞还没有进行成功的三位培养，也正是因为如此，胃腺基底细胞和胃峡部细胞的比较工作仍然极具挑战性。因此，建立可持续、可追踪、可全面反映胃上皮稳态的胃腺和胃峡部细胞培养方法迫在眉捷。

作者采集了来自胃体和胃窦的上皮细胞，并通过单细胞RNA测序试验发现，胃体和胃腺中的上皮细胞在转录谱和功能上都比较类似，包括之前研究较少的胃峡部干细胞。为了进一步研究胃峡部细胞，作者成功建立了单层二维培养系统，用来培养Wnt敏感的胃峡部样细胞，这类细胞可以分化为多种胃上皮细胞类型。尤其重要的是，这样二维培养的细胞层可以折叠成传统的三维类器官，从而模拟体内胃上皮细胞的可塑性。最后，作者还通过二维培养系统确定Sox2是诱导产生内分泌细胞的必要且充分条件。

综上所述，上述工作加深了学界对肠胃稳态的认识，建立了获取胃峡部细胞的培养体系，并且解释了Sox2在内分泌细胞分化中的重大作用。

制版人：十一

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