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構。穩態時，腸上皮由位于隱窩內干細胞和原始祖細胞的增殖推動，表現出高的更新頻率，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域，恢復腸道干細胞 (ISCs)，其中就包含了對損傷修復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，對于旨在恢復或替換有缺陷的胃腸道組織的細胞療法至關重要。因此，研究腸道內驅動再生反應的細胞，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鍵點。

 

2023年10月，東南大學生命科學與技術學院、“發育與疾病相關基因”教育部重點實驗室陳磊教授團隊聯合美國羅格斯大學Michael Verzi教授團隊在《Cell Stem Cell》（IF：23.29）雜志發表了題為“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過程中微環境細胞的相互作用，并發現了TGFB信號傳導在腸損傷后再生修復中的重要作用。同時提出可以體外誘導胚胎樣類器官增強其再生能力，并通過體內移植這些誘導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（ATAC-seq&ChIP-seq）、細胞群和單細胞RNA測序（scRNA-seq）以及組織/類器官培養方法，探索了腸上皮細胞、間充質細胞和免疫細胞之間的相互作用，以及TGFB信號傳導在腸損傷后再生修復中的重要作用。

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合的DNA片段，去除雜帶，并且依據Pippin回收儀設置的回收范圍，設置生信分析流程中shift size （人為指定reads延伸的長度）參數值，這樣有利于提高預測結合位點（peak）的準確性，精準找到蛋白結合位點，減少非特異性結合的干擾（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，發現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信號傳導與再生腸上皮的關系，以及TGFB1暴露后腸間質促進再生的能力。接著發現TGFB1通過激活促再生轉錄因子YAP和SOX9在上皮中誘導胚胎樣再生狀態，從而在促進腸道再生中發揮關鍵作用。另外，在腸道類器官移植到腸損傷小鼠體內的實驗中，發現TGFB1預處理的腸道類器官比起對照組表現出更強的類器官定植和再生的能力。這些結果表明，TGFB信號的調節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，該研究發現TGFB可以誘導YAP-SOX9再生信號相關的回路，在腸道損傷修復過程中具有重要作用。通過誘導胚胎樣類器官來增強類器官的再生能力，提高類器官體內移植對腸損傷的治療效果。該研究對腸損傷的再生醫學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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