Working model腸道干細胞底部的MRISC腸道間質(zhì)細胞通過感受炎癥損傷誘導的ROS信號，激活MAP3K2-ERK5-KLF2信號通路，上調(diào)R-spondin1表達，從而提高腸道干細胞的Wnt信號，促進其增殖加強其修復腸道上皮損傷的功能。

炎癥和損傷能迅速激發(fā)腸道干細胞增殖促進組織修復再生。然而，在腸道穩(wěn)態(tài)維持與疾病條件下，如何精細調(diào)控腸道功能至今仍然不清楚。

近日，上海交通大學醫(yī)學院上海市免疫學研究所教授蘇冰課題組首次發(fā)現(xiàn)腸道干細胞底部存在一類被稱為MRISC的新型腸道間質(zhì)細胞。結(jié)合單細胞測序、ATAC測序、報告基因小鼠、體外腸道類器官共培養(yǎng)體系以及腸道間質(zhì)細胞原位注射等技術(shù)，研究人員系統(tǒng)揭示了MRISC細胞在腸道炎癥和損傷過程中通過特異調(diào)控腸道干細胞微環(huán)境的Rspo1-WNT信號參與腸道上皮組織損傷修復的作用和機理，為腸道修復和再生及疾病臨床治療研究提供了新思路。相關(guān)研究成果3月4日發(fā)表于《自然》。

腸道間質(zhì)細胞是腸道微環(huán)境組分中的重要成員，它們通過與淋巴細胞、髓系細胞、上皮細胞和神經(jīng)細胞相互作用，協(xié)同調(diào)控腸道穩(wěn)態(tài)以及上皮干細胞的功能。目前，領(lǐng)域內(nèi)對不同腸道間質(zhì)細胞亞群的特征、空間分布、它們在組織損傷修復中的潛在功能以及調(diào)節(jié)的細胞和分子機制仍知之甚少。因此，對新型腸道間質(zhì)細胞亞群的身份鑒定，上游刺激信號的發(fā)現(xiàn)以及中下游轉(zhuǎn)錄和表觀遺傳調(diào)控通路的闡明已成為間質(zhì)細胞領(lǐng)域最基礎(chǔ)和重要的科學問題。

研究中，蘇冰課題組發(fā)現(xiàn)，進化保守的Thr/Ser蛋白激酶MAP3K2對DSS誘導的小鼠腸炎能通過維持損傷腸道中Lgr5+干細胞的數(shù)量和功能起到關(guān)鍵的保護作用。MAP3K2是一個多器官組成性表達的絲/蘇氨酸蛋白激酶。同時，研究人員在分子機制上發(fā)現(xiàn)Map3k2通過響應(yīng)DSS誘導的損傷信號上調(diào)R-spondin1的表達，介導MAPK信號與Wnt信號之間的互作；并確認腸道間質(zhì)細胞是腸道炎癥損傷信號上調(diào)R-spondin1表達的關(guān)鍵細胞。

為了精確確定受MAP3K2調(diào)控的腸道間質(zhì)細胞的特征和功能，研究人員利用單細胞測序技術(shù)發(fā)現(xiàn)并分離得到一群帶有CD90+CD81+CD34+CD138-特征的腸道間質(zhì)細胞，并命名為MRISC。通過腸道類器官共培養(yǎng)以及腸道原位細胞注射實驗，課題組成功證明了MRISC具有對腸道干細胞特異的調(diào)節(jié)功能。并通過構(gòu)建全新的Rspo1-tdTomato報告基因小鼠，揭示MRISC定位于腸道“干細胞巢”的下方。

為進一步研究MAP3K2特異調(diào)控新型腸道間質(zhì)細胞MRISC中R-spondin1表達的分子機制并探索其表觀遺傳的特征，研究人員獲取了不同腸道間質(zhì)細胞的ATAC-Seq數(shù)據(jù)，揭示MRISC有著與其他間質(zhì)細胞非常不同的表觀遺傳調(diào)控特征，并發(fā)現(xiàn)MRISC的核心轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子KLF2直接受MAP3K2信號調(diào)控。后續(xù)的體外實驗進一步發(fā)現(xiàn)了“活性氧（ROS）-MAP3K2-ERK5-KLF2”這一全新的誘導R-spondin1產(chǎn)生分子通路。通過同人腸道單細胞測序數(shù)據(jù)的比較分析，研究人員也找到了與小鼠MRISC對應(yīng)的人的MRISC細胞，并猜測其同樣可能參與調(diào)控腸道炎癥。

目前，蘇冰團隊正基于此項研究建立的系統(tǒng)和方法開展進一步的分子機制與臨床轉(zhuǎn)化研究。（黃辛）

相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-021-03283-y