美國辛辛那提兒童醫(yī)院醫(yī)學(xué)中心研究人員在 Nature 子刊 nature biotechnology 雜志發(fā)表研究胃腸道免疫的類器官新工具，將來源于多能干細胞的人類腸道類器官（HIOs）移植到具有人源化免疫系統(tǒng)的小鼠的腎囊中，成功建立了具有功能性人體免疫組織的下一代 HIOs 體內(nèi)模型。

一直以來，缺乏免疫系統(tǒng)都是類器官研究不可回避的局限，該文章為建立免疫化類器官模型提供了一種新方法[1]。類器官研究的熱度一直居高不下，但體外培養(yǎng)類器官并不是一件易事。今天就來聊一聊類器官培養(yǎng)中必不可少的細胞因子-Wnt 蛋白。

Wnt 信號通路：為何類器官研究離不開 Wnt

類器官是由多能干細胞（PSC）或成體組織干細胞（ASCs）建立的三維結(jié)構(gòu)。類器官體外培養(yǎng)系統(tǒng)包括一個可以自我更新的干細胞群，該細胞群可分化為多個器官特異性的細胞類型，擁有與對應(yīng)的器官類似的空間組織，并能夠重現(xiàn)對應(yīng)器官的部分功能。

從類器官的定義中可以看到，體外類器官的產(chǎn)生離不開干細胞的生長、發(fā)育、成熟。Wnt 通路信號是一種重要的干細胞信號通路，參與多種細胞類型的分化，包括心肌細胞和腸上皮細胞。而經(jīng)典的 Wnt 信號通路— Wnt/β-catenin 途徑，則調(diào)控著干細胞的多能分化、器官的發(fā)育和再生。

二、Wnts 如何支持各種類器官培養(yǎng)

2009 年是類器官領(lǐng)域***性的一年，類器官研究界的先驅(qū) Hans Clever 及其團隊 Sato 等人從小鼠小腸隱窩分離出單個 Lgr5+ 干細胞，以體外基質(zhì)膜提取物為 3D 支撐的培養(yǎng)環(huán)境中，通過加入表皮生長因子（EGF）、骨形態(tài)發(fā)生蛋白拮抗劑（Noggin）、Wnts 及 R-Spondin1（Wnt 信號激活）等細胞因子，培養(yǎng)后可觀察到小腸絨毛-隱窩結(jié)構(gòu)。這些類器官是空心小球，內(nèi)部具有完整的腸道上皮結(jié)構(gòu)，而且含有所有種類的腸上皮功能細胞，包括腸上皮細胞、腸內(nèi)分泌細胞、杯狀細胞、潘氏細胞和 Lgr5+ 干細胞，這意味著體外腸類器官成功構(gòu)建[2]。         

圖 1 單個 Lgr5+ 干細胞連續(xù)培養(yǎng)生長狀態(tài)[2]

注：數(shù)字為培養(yǎng)的天數(shù)

2021 年 Hofbauer 等報道成功開發(fā)了人誘導(dǎo)多能干細胞（hiPSC）來源的心臟類器官[3]。

通過加入心臟發(fā)育的關(guān)鍵信號通路因子（激活素 Activin、骨形態(tài)發(fā)生蛋白 BMP、成纖維細胞生長因子 FGF、視黃酸 retinoic acid 和 Wnt），使 hiPSC 細胞來源的心臟類器官經(jīng)歷圖形化和形態(tài)發(fā)生以形成空腔，這種類器官可分化出單獨的心肌層和內(nèi)皮層，并與遷移和分化的心外膜相互作用，從而模擬早期的心腔發(fā)育。自組織心臟類器官可以展示心肌、內(nèi)皮和心外膜等部位形態(tài)發(fā)生及細胞分化的過程，為研究人類心臟發(fā)生和先天性心臟病的發(fā)生機制提供了一個強有力的系統(tǒng)。

圖 2 第 7.5 天的心臟類器官冷凍切片，顯示了腔體和心肌細胞特異性標(biāo)記物 TNNT2 的表達[3]

除腸道類器官和心臟類器官外，Wnts 還支持很多其他類器官類型被成功建立，包括胃類器官[4]、肝臟類器官[5]等。

三、經(jīng)典 Wnt 信號通路的主要配體 Wnt3a 蛋白

Wnt 家族是一個高度保守、富含半胱氨酸的分泌蛋白大家族，該家族的蛋白在正常發(fā)育過程中起重要作用。目前發(fā)現(xiàn)的 Wnt 分泌蛋白主要有兩種類型，其一是依賴 β-catenin 的經(jīng)典 Wnt 信號通路，其中 Wnt 3a 是經(jīng)典 Wnt 信號通路的主要配體。Wnt3a 通過 Frizzled（FZD）受體家族和 LRP5/6 共受體發(fā)出信號，來調(diào)節(jié)基因表達和多種細胞行為[6]。

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