10文关注：肠道干细胞研究有哪些前沿新知 | 热心肠日报

今天是第2299期日报。

人LGR5+结肠干细胞单细胞测序分析

Gastroenterology[IF:33.883]

① 单细胞测序证实，不同于小鼠LGR5+干细胞快速增殖的特性，人类LGR5+干细胞表达低水平的细胞周期标志基因；② 人LGR5+肠道干细胞主要为p27+细胞，与LGR5+p27-细胞相比，LGR5+p27+具有显著的未分化特征；③ 小鼠肠道缺乏LGR5+p27+干细胞；④ TGF-β信号调控LGR5+细胞的静息状态和p27的表达；⑤ 体内外证据证实，人类LGR5+p27+干细胞可耐受化疗损伤，并参与化疗导致肠道损伤的修复；⑥ LGR5+p27+细胞占领隐窝底部的生态位并阻止已分化细胞的去分化。

Identification of Quiescent LGR5+ Stem Cells in the Human Colon
08-10, doi: 10.1053/j.gastro.2022.07.081

【主编评语】一直以来对于干细胞的认知有两种，一种认为干细胞是一类细胞周期活跃的细胞，在不断的进行分裂和更新，一种认为干细胞属于静息期细胞，几乎不进入细胞周期或者增殖速度非常的缓慢。但是对于小鼠肠道LGR5+干细胞的研究证实了第一种说法，即小鼠的肠道干细胞是一类处于活跃细胞周期的细胞。然而近年来有研究显示，不同于小鼠LGR5+肠道干细胞，人类的LGR5+肠道干细胞是增殖标记Ki67阴性的，但是究竟这类细胞是处于静息期的细胞还是细胞周期低活跃度的细胞尚不清楚。近期一篇发表在Gastroenterology的研究工作，通过单细胞测序分析以及结合肠类器官和人肠道干细胞移植的方法证实人肠道LGR5+干细胞有部分是属于静息期的细胞，该静息期受到TGF-β信号的调控，这些细胞在肠道损伤后修复中发挥重要的作用。这些研究结果进一步证实了人类肠道LGR5+干细胞是属于静息期细胞并探究了其在损伤后再生中的作用。（@Zhonghua）

Cell子刊：肠道损伤修复，淋巴管内皮信号很关键

Cell Stem Cell[IF:25.269]

① 肠道中的淋巴管内皮细胞（LEC）富集于肠隐窝细胞周围，并高表达Rspo3和其他Wnt信号相关分子；② 在LEC中敲除Rspo3阻滞了5FU（5氟尿嘧啶）导致损伤之后的肠道修复，表明其分泌的Rspo3对肠道恢复是必要的；③ LEC中缺失Rspo3导致5FU损伤后的快速增殖细胞和去分化的Sca1high细胞的比例降低，抑制隐窝增殖，导致粘液分泌细胞数量降低；④ LEC中缺失Rspo3促进了内皮细胞向间充质细胞转化，如上调基因Prss23和抗淋巴生成因子Cavin1等的表达。

Lymphangiocrine signals are required for proper intestinal repair after cytotoxic injury
08-04, doi: 10.1016/j.stem.2022.07.007

【主编评语】肠道在损伤后持续更新，并具有强大的再生能力，肠干细胞（ISCs）在这些过程中发挥非常关键的作用。然而，ISCs严格受到其周围微环境的信号调控，在不同的损伤状态下，哪些微环境细胞产生哪些具体的信号分子尚不完全清楚，其中内皮细胞作为ISC微环境的作用也未得到充分的重视。Cell Stem Cell近期发表的一项研究表明，肠道中的淋巴内皮细胞（LECs）位于隐窝上皮细胞附近，并分泌能够支持肠道干细胞更新和修复的关键分子Rspo3。LECs缺失Rspo3会导致干细胞和祖细胞数量减少，并阻碍细胞毒性损伤后的肠道恢复过程。这些发现表明，LECs是细胞毒性损伤后肠道恢复过程中的重要微环境成分。（@mildbreeze）

Cell子刊：对肠干细胞有关键支持作用的两种细胞

Cell Stem Cell[IF:25.269]

① 邻近肠干细胞（ISC）的淋巴内皮细胞（LEC）和RSPO3+GREM1+成纤维细胞（RGF），是小肠和结肠黏膜RSPO3的主要来源；② 类器官和小鼠模型表明，二者对ISC有关键支持作用（RGF产生BMP拮抗剂，可能效应更强），在二者中敲除RSPO3使ISC减少、肠绒毛缩短、肠损伤后再生受阻；③ RGF紧挨LEC，二者通过VEGF-D和REELIN等互作，且肠损伤后二者增多，生成更多RSPO3和其他生长/血管分泌因子，促肠上皮再生，RGF可能响应IL-1α信号在其中发挥枢纽作用。

Lymphatics and fibroblasts support intestinal stem cells in homeostasis and injury
08-04, doi: 10.1016/j.stem.2022.06.013

【主编评语】位于肠隐窝底部的肠干细胞（ISC）依赖于其周围微环境（也称干细胞巢）中的各种因子来发挥正常功能，然而这些因子的细胞来源以及它们如何发挥对ISC的支持作用，尚不完全清楚。Cell Stem Cell发表的这项研究，发现ISC微环境中有两类细胞——淋巴管内皮细胞（LEC）和RSPO3+GREM1+成纤维细胞（RGF），是ISC微环境关键因子RSPO3的主要细胞来源，在肠道稳态下和肠上皮再生过程中对ISC有重要的支持作用。（@mildbreeze）

国内团队Cell子刊：肝脏胆汁酸代谢轴或可调控肠上皮损伤修复

Cell Stem Cell[IF:25.269]

① 活动期IBD患者和结肠炎小鼠体内胆汁酸代谢紊乱，胆酸水平显著上调，且肝脏中合成CA的CYP8B1酶过度活化；② 外源添加CA或过表达CYP8B1会加重结肠炎，肠屏障修复受损，而干扰CYP8B1表达可缓解结肠炎症状；③ 过量CA会减弱小鼠隐窝中类器官的出芽和传代能力，导致脂肪酸氧化（FAO）和PPARα信号通路受阻，抑制肠干细胞（Lgr5+ISC）增殖；④ 特异性敲除PPARα，证实CYP8B1-CA代谢轴通过抑制PPARα介导的FAO，削弱Lgr5+ISC更新，加重肠屏障损伤。

Hepatic cytochrome P450 8B1 and cholic acid potentiate intestinal epithelial injury in colitis by suppressing intestinal stem cell renewal
09-01, doi: 10.1016/j.stem.2022.08.008

【主编评语】肠上皮屏障损伤在炎症性肠病细胞和分子发病机制研究中备受关注，多项研究报道，胆汁酸是肠上皮屏障功能的重要调控物质，但其相关机制尚未阐明。近日，中国科学院上海药物研究所何世君、谢岑、美国国立卫生研究院Frank J. Gonzalez及团队在Cell Stem Cell发表最新研究，发现活动期IBD患者和结肠炎小鼠体内胆汁酸代谢紊乱，肝脏中合成CA的CYP8B1酶异常活化，揭示了FXR激动剂通过调节炎症和促进肠上皮损伤修复从而改善肠道炎症的药理机制。总之，该研究进一步拓宽了“肠病肝治”思路，为进一步借助FXR激动剂在肠道炎症性疾病中发挥临床应用奠定了基础，值得参考。（@九卿臣）

肠道类器官技术揭示，IL-22对于潘氏细胞形成是必需的

Cell Stem Cell[IF:25.269]

① 优化了人小肠类器官（hSIO）的培养方法，使hSIO可产生所有的分化细胞类型，并维持活性干细胞区域；② IL-22并未促进干细胞的扩增，而是减缓了hSIO的生长；③ IL-22对于潘氏细胞的形成是必需的，IL10RB（IL-22的共受体）的IBD相关功能缺失突变可导致hSIO中的潘氏细胞缺失，IL-22下游的PI3K/AKT/mTOR信号轴介导了潘氏细胞的分化；④ IL-22诱导肠上皮细胞、杯状细胞、潘氏细胞、Tuft细胞及干细胞的宿主防御基因（REG1A、REG1B、DMBT1）表达。

Optimized human intestinal organoid model reveals interleukin-22-dependency of paneth cell formation
08-23, doi: 10.1016/j.stem.2022.08.002

【主编评语】IL-22在肠道病理生理学中的作用尚存争议。Cell Stem Cell上发表的一项最新研究结果，通过优化人小肠类器官的培养，发现IL-22-mTOR信号轴对于潘氏细胞的形成是必需的，且IL-22可诱导所有细胞类型的宿主防御基因表达。（@aluba）

Cell子刊：大肠癌发生过程中，肿瘤干细胞群的组分如何变化？

Cell Stem Cell[IF:25.269]

① 肠柱状干细胞和再生干细胞可被不同的分子标记和形态学所区分，两种干细胞在体外均具干细胞潜能；② 干细胞分子的表达在人和鼠的各肿瘤亚型中不同，运用干细胞指数可评估人和鼠中各干细胞表型的变量交互程度；③ 两种干细胞的表型差异与肠上皮基因突变和关键微环境信号有关，如肿瘤免疫区和间充质通过分泌或机械信号调控上皮干细胞；④ 两种不同的结直肠肿瘤干细胞群在肿瘤发生过程中可以共存，具有动态可塑性，并能相互补充达到动态平衡。

Dynamic and adaptive cancer stem cell population admixture in colorectal neoplasia
08-04, doi: 10.1016/j.stem.2022.07.008

【主编评语】LGR5阳性隐窝柱状干细胞（CBC）是肠道维持内稳态的基础，在损伤后，去分化过程导致LGR5阴性再生干细胞群（RSC）的出现。而在肿瘤发生过程中，肿瘤干细胞的组分如何变化并不清楚。Cell Stem Cell近期发表的一项研究表明，CBC和RSC的分子标记在肿瘤发生过程中是动态变化的并具有交互过程，其交互程度主要与肠上皮的基因突变及其微环境信号相关。（@MD）

Nature子刊：核糖体损伤介导肠细胞胚胎样转变

Nature Communications[IF:17.694]

① 敲除Rptor的肠类器官呈富含干细胞囊状结构，但肠干细胞（ISC）标记物如LGR5缺失，细胞胚胎相关标记表达上调，细胞内翻译过程受到抑制，代谢转为糖酵解方式；② 药物抑制、Rptor缺失以及氨基酸缺陷培养均可引起肠类器官核糖体停滞和碰撞，而核糖体损伤是进而导致上述表型的主要原因；③ 其机制是核糖体停滞和碰撞激活ZAKɑ，进而激活SRC以及下游的YAP/TAZ信号，介导细胞胚胎样转变；④ 体内证据同样证实了氨基酸限制导致细胞胚胎样转变表型。

Ribosome impairment regulates intestinal stem cell identity via ZAKɑ activation
08-02, doi: 10.1038/s41467-022-32220-4

【主编评语】LGR5+是肠道损伤修复中重要的干细胞，然而有研究显示，即使没有LGR5+细胞存在是不影响肠道正常生长的。有很多LGR5-的细胞也具有干细胞的特征，这些细胞在维持肠道生长以及应对微环境改变和损伤时中也起着积极的作用。但是不同于已经研究相对深入的LGR5+肠道干细胞，这些LGR5-干细胞是如何调控目前尚不清楚。近期一篇发表在Nature子刊，Nature Communications上的研究，通过肠道类器官和小鼠模型探究了这类细胞的调控机制，他们发现核糖体损伤导致RNA翻译受到抑制时，会导致LGR5+干细胞减少，而出现LGR5-胚胎样细胞，这一过程伴随着细胞代谢途径由氧化磷酸化向糖酵解的转变。核糖体损伤导致的LGR5-胚胎样细胞的出现是依赖于ZAKɑ-SRC/YAP通路的。这些研究结果提出核糖体可能是感应细胞营养物质，调控细胞命运的重要因子，该结论有助于人们对肠道干细胞更加深入的理解。（@Zhonghua）

Cell子刊：GsdmC抑制凋亡，维持结肠干细胞生存

Developmental Cell[IF:13.417]

① 肠上皮敲除Mettl14导致小鼠生长迟缓、粘液层缺乏、肠粘膜通透性增加和细菌入侵等，引发炎症反应、结肠炎和过早死亡；② Mettl14缺失导致肠形态异常是由于Lgr5+ISC（肠干细胞）丢失和Clu+细胞再生功能异常；③ Mettl14缺失引起细胞过度凋亡，导致Lgr5+干细胞丢失，破坏结肠类器官的生长和分化；④ Mettl14缺失破坏GsdmC转录本的N6腺甲基化，下调线粒体中表达，破坏线粒体膜电位和功能完整性，诱发细胞色素c释放，激活促凋亡途径。

N6-adenomethylation of GsdmC is essential for Lgr5+ stem cell survival to maintain normal colonic epithelial morphogenesis
08-01, doi: 10.1016/j.devcel.2022.07.006

【主编评语】肠上皮的形态发生由肠干细胞维持的。Developmental Cell近期发表的文章，GsdmC mRNA的N6-腺甲基化是结肠Lgr5+肠干细胞存活所必需的，以维持小鼠正常结肠粘膜形态发生。研究结果显示，GSDMC可以维持结肠干细胞的线粒体膜电位和功能完整性，抑制因细胞色素c释放而诱发的细胞凋亡。（@章台柳）

EGFR信号如何改变肠干细胞代谢并调控其生长与分裂？

Current Biology[IF:10.9]

① 在果蝇肠干细胞（ISC）中激活EGFR信号可通过Cic及其靶基因Pnt和Ets21C调控ISC生长和分裂，该过程依赖MEK活性并可在细胞不分裂时发生；② ERK通路通过调控DNA复制等促进ISC增殖，并上调氧化磷酸化和三羧酸循环基因，改变中肠的脂肪酸生物合成等代谢过程；③ EGFR信号对促进ISC线粒体生物发生和增殖必需的，该过程也发生在人RPE-1细胞系；④ Pnt直接上调mtTFB2促进线粒体的生物发生和上调β氧化以增加线粒体膜电位，从而促进ISC的生长和增殖。

EGFR signaling activates intestinal stem cells by promoting mitochondrial biogenesis and β-oxidation
07-26, doi: 10.1016/j.cub.2022.07.003

【主编评语】EGFR-RAS-ERK信号可以促进多种细胞类型的生长和增殖，其过度激活会导致癌症发生。目前对EGFR的上游在信号转导过程中有深入的研究，但对其下游效应分子的特性和功能的研究较少。Current Biology近期发表的一项研究报道了EGFR信号及其下游靶基因Pnt和Ets21C不仅可上调细胞周期基因，还可上调线粒体的生物发生和脂肪酸氧化等基因，揭示了EGFR信号如何改变干细胞的代谢以及如何激活细胞生长和分裂的新机制。（@MD）

Nature Reviews：一文读懂干细胞的代谢调控（综述）

Nature Reviews Molecular Cell Biology[IF:113.915]

① 干细胞的代谢特征不同于非干细胞，在氧浓度、糖酵解和氧化磷酸化等方面有差异；② 干细胞将合成途径和细胞分裂最小化，自噬等分解代谢有助于维持干细胞自我更新和静息；③ 损伤引起的干细胞功能激活，涉及线粒体功能、溶酶体活性和脂质代谢等的变化，以削弱自我更新潜力为代价；④ 饮食也调控干细胞代谢，干细胞能响应营养（如维生素）和能量摄入（如热量限制和高脂饮食）的变化，一定程度上通过与微环境其他细胞的互作来实现。

Metabolic regulation of somatic stem cells in vivo
02-28, doi: 10.1038/s41580-022-00462-1

【主编评语】干细胞具有独特的功能，其背后是否也有独特的代谢调控机制？Nature Reviews Molecular Cell Biology近期发表的这篇综述总结了关于干细胞代谢调控的进展，并得出结论，表明干细胞确实具有不同于限制性祖细胞和分化细胞的代谢特征，如其对氧浓度和葡萄糖代谢的偏好、合成及分解途径的调控、对饮食变化的感知和其与微环境发生互作等，以上代谢过程均可调控干细胞的功能，进而影响组织的稳态、再生和肿瘤抑制过程。（@mildbreeze）

感谢本期日报的创作者：MD，aluba，阿当

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