东南大学：TGFB1诱导胎儿重编程并促进肠道再生

背景

肠上皮是组织成隐窝和绒毛的单层细胞。在稳态条件下，肠上皮显示出显著的高更新率，大部分上皮细胞每3 - 5天更新一次，由位于隐窝内的干细胞和祖细胞的增殖推动。隐窝细胞的高增殖率使隐窝对急性炎症、化疗或放疗造成的损伤敏感。在损伤时，干细胞通常会丢失，而具有可塑性的分化上皮细胞系可以响应组织损伤并恢复常驻的肠道干细胞 (ISCs)，包括隐窝基底柱状干细胞 (CBCs)，这对损伤后的再生很重要。例如，谱系追踪研究表明，Dll1+和Atoh1+分泌祖细胞、Lyz1+潘氏细胞和Alpi+肠上皮祖细胞在损伤反应中都可以去分化为Lgr5+ ISCs，被认为是周期较慢的储备干细胞群的细胞也可以去分化。    

简介

2023年11月2日，来自中国东南大学的Lei Chen及其团队在Cell Stem Cell (IF: 23.9)杂志上发表名为TGFB1 induces fetal reprogramming and enhances intestinal regeneration的研究[1]。

主要结果

单核细胞/巨噬细胞递送TGFB1配体到辐射损伤的肠隐窝

为了更好地了解肠道对电离辐射的时间分辨反应，我们对小鼠进行了12 Gy全身照射后5天的详细研究。在照射后2天，肠隐窝结构普遍丧失、增殖 (Ki67和BrdU掺入)和干细胞 (OLFM4)标志物显著丧失 (图1A-B)。在IR后第2天和第3天之间，隐窝内的细胞增殖恢复，最常见的是在隐窝-绒毛交界处附近 (图1B)，到第4-5天，可以观察到高度增殖和再生的隐窝 (图1A)。与已发表的报告一致，对IR后2-3天分离的隐窝上皮的转录组分析发现，与胎儿/再生上皮相关的基因水平升高；在隐窝基底柱状干细胞相关的转录本中观察到相应的减少 (Lgr5, Olfm4，图1C-D)。当比较对照小鼠和IR后3天小鼠的隐窝上皮细胞时，在单细胞水平上观察到类似的模式 (图1E)。为了特别关注驱动再生的细胞，我们在IR后56小时分离了增殖细胞，这一时间点这些细胞重新出现在前隐窝的上部区域。   

图1. 隐窝再生主要在照射后第3天开始

TGFB1信号通路和单核/巨噬细胞是辐射后上皮再生所必需的

为了进一步探索TGFB1在上皮再生中的作用，我们试图确定TGFB受体的表达。TGFB受体在上皮细胞中表达，而Tgfbr2在IR后3日特异性升高，特别是在上皮细胞内稳态干细胞标志物减少和胎儿/再生标志物转录物升高的时期 (图3A)。Tgfbr2转录本在共表达再生标志物 (如Clu和Ly6a)的上皮细胞中特别富集 (图3B-C)，并且使用RNAscope原位检测时，Tgfbr2转录本在隐窝区附近富集 (图3D)。再生肠上皮的独立scRNA-seq数据集独立地证实了IR后上皮中Tgfbr2的升高，并且对应于与再生细胞状态相关的转录物模式 (图3E)。    

图3. TGFB通路是照射后肠上皮再生所必需的

TGFB1诱导YAP-SOX9再生回路    

为了更好地了解上皮细胞对TGFB1的反应，我们进行了ATAC-seq，并定义了经TGFB1处理的类器官中获得染色质可及性的1647个基因组区域 (图6A)。在TGFB1治疗后，染色质可及性增加的再生标志基因包括Anxa1、Cd44和Wnt5a (图6B)。基因组中可及性较高的区域富含已知与转录因子SOX、TEAD和SMAD家族结合的转录因子基序 (图6C, HOMER)。相比之下，溶媒治疗组中更容易接近的3900个基因组区富含与稳态肠上皮功能相关的转录因子结合基序 (图6C)。染色质可及性分析表明，Hippo-TEAD, SOX9和TGFBSMAD信号活性或表达在TGFB1治疗中升高。值得注意的是，SOX9蛋白水平在肠IR后被诱导，表达SOX9的细胞与表达再生因子YAP的细胞相吻合 (图6D)。在从图3B重新分析的针对上皮细胞的scRNA-seq数据中，Sox9在IR反应中升高，并对应于参与YAP信号传导和细胞外基质组织的基因的升高 (图6E-G)。重要的是，Sox9在产生Tgfbr2的细胞中共表达，提示TGFB1和Sox9调控之间可能存在直接联系 (图6H)。在使用氯膦酸脂质体清除单核/巨噬细胞的小鼠中，与对照组相比，在IR后3天，隐窝结构域的SOX9蛋白和转录水平显著降低 (图6I)。    

图6. YAP-SOX9回路响应TGFB1诱导的肠染色质开放和上皮再生

结论及展望

成人肠上皮具有显著的损伤修复能力。为了实现旨在修复和/或替代缺陷胃肠道组织的细胞疗法，了解组织再生的自然机制非常重要。我们采用了高通量测序方法、小鼠遗传模型、小鼠和人类类器官模型的组合，确定了TGFB信号通路在损伤后肠道再生中的作用。在辐射(IR)诱导的肠隐窝损伤后2天，损伤部位的单核/巨噬细胞介导了TGFB1表达的激增。巨噬细胞的缺失或TGFB信号通路的基因破坏显著损害了辐射后的再生反应。小鼠肠道再生的另一个特征是在修复过程中诱导胎儿转录特征。在类器官培养中，TGFB1的处理是必要的，足以诱导转录组转变为胎儿样/再生状态。间充质细胞的功能增强了再生反应，TGF-β1也促进了间充质细胞的再生。在机制上，ATAC-seq、scRNAseq和ChIP-seq的整合表明，在暴露于TGFB1的上皮细胞中，再生的YAP-SOX9转录通路被激活。最后，TGFB1预处理增强了原代上皮细胞在受损小鼠结肠中的植入能力，提示了TGF诱导的再生回路在细胞治疗中的应用前景。    

原文链接

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1934590923003624?via%3Dihub

参考文献

1.Chen Lei,Qiu Xia,Dupre Abigail et al. TGFB1 induces fetal reprogramming and enhances intestinal regeneration.[J] .Cell Stem Cell, 2023, 30: 1520-1537.e8.    

转自：“生物医学科研之家”微信公众号

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