Hans Clevers 在 CSHL 讲座回顾成体干细胞与类器官从基础到临床
成体干细胞与类器官:从基础到临床(Hans Clevers)
Hans Clevers 在 CSHL Leading Strand 讲座中回顾 Lgr5+ 肠道干细胞自组织形成类器官的范式,并介绍与 dendritic cell、T/B 细胞共培养研究上皮–免疫互作(如杯状细胞标记 mucin 2)、用 scRNA-seq 对比类器官与原代组织细胞组成等扩展方向;类器官正走向疾病建模、药物筛选和移植等临床应用。
Hans Clevers 讲成体干细胞与类器官:Lgr5+ 肠道干细胞自组织成类器官,并可与树突细胞、T/B 细胞等免疫细胞共培养,研究上皮–免疫互作,正走向临床应用。
- 类器官范式:成体干细胞(如 Lgr5+ 肠道干细胞)自组织成类器官,Clevers 为奠基人;可模拟组织结构与功能。
- 免疫共培养:类器官与 dendritic cell、T/B 细胞等免疫细胞共培养,研究上皮–免疫互作(如杯状细胞标记 mucin 2)。
- 单细胞解析:用 scRNA-seq 比较类器官与原代组织,揭示细胞类型组成;从类器官系取单干细胞重建。
- 临床走向:类器官正走向临床应用(疾病建模、药物筛选、移植)。
- 定位:干细胞/类器官(非 AI);与 #19(胰腺癌类器官)、#43(基因治疗)、#42(先天免疫)互补。
肠道上皮是成年哺乳动物更新最快的组织之一。2007 年,Clevers 团队通过谱系追踪证明,Lgr5 特异标记隐窝底部活跃增殖的柱状细胞,这类细胞能在约 60 天内生成全部上皮细胞谱系,即肠道干细胞 [3]。随后他们进一步证明,单个 Lgr5+ 干细胞在完全没有非上皮细胞生态位的条件下,就能在体外自组织形成含隐窝–绒毛结构、包含所有分化细胞类型的类器官 [2],这一自组织机制及其在疾病建模、再生医学中的应用也已被系统梳理 [1]。但该范式本质上是纯上皮体系,上皮与免疫细胞等其他成分的相互作用难以在其中研究;而且体内证据显示干细胞层级颇为复杂——完全清除 Lgr5+ 细胞并不扰乱上皮稳态,Bmi1+ 储备干细胞可代偿并生成 Lgr5+ 细胞 [4]。
在这场 CSHL Leading Strand 系列的 59 分钟专家讲座中,作为该范式奠基人的 Clevers 梳理了从基础到临床的完整路线:Lgr5+ 肠道干细胞自组织成类器官;类器官可与树突细胞、T/B 细胞等免疫细胞共培养,用于研究上皮–免疫互作,例如借助杯状细胞标志 mucin 2 观察相关细胞类型;用 scRNA-seq 比较类器官与原代组织,揭示细胞类型组成;还可从类器官系中取出单个干细胞重建类器官。应用方向涵盖疾病建模、药物筛选与移植。
相对已有认识,讲座的推进在于把经典的纯上皮自组织范式 [2] 拓展为包含免疫细胞的共培养体系,使上皮–免疫互作得以在体外被直接研究;同时以 scRNA-seq 作为参照,检验类器官与原代组织在细胞类型组成上的异同。从类器官系取单个干细胞即可重建,也与早期单个 Lgr5+ 干细胞启动类器官的核心观察 [2] 一脉相承;加之 Lgr5+ 细胞在肠腺瘤中持续驱动生长、生成所有肿瘤细胞类型的证据 [5],都指向该细胞群的自我维持特性。定位上,本场讲座与胰腺癌类器官、基因治疗、先天免疫等专题形成互补。
需要留意的是,摘要未给出共培养体系与体内真实免疫互作的吻合程度,也未报告各项临床转化的具体数据,类器官仍是简化模型。此外,干细胞身份的争议并未了结:Lgr5+ 细胞的可替代性 [4],以及 Lgr5+ 干细胞 signature 中同样高水平表达所谓静止"+4"干细胞标记物所带来的标记特异性问题 [6],都提示以单一标记解读类器官中的干细胞行为仍需谨慎。
- 1.Growing self-organizing mini-guts from a single intestinal stem cell: mechanism and applications · Science 2013
- 2.Single Lgr5 stem cells build crypt-villus structures in vitro without a mesenchymal niche · Nature 2009
- 3.Identification of stem cells in small intestine and colon by marker gene Lgr5 · Nature 2007
- 4.A reserve stem cell population in small intestine renders Lgr5-positive cells dispensable · Nature 2011
- 5.Lineage tracing reveals Lgr5+ stem cell activity in mouse intestinal adenomas · Science 2012
- 6.The Lgr5 intestinal stem cell signature: robust expression of proposed quiescent '+4' cell markers · EMBO J 2012
Clevers 是 Lgr5+ 类器官范式的提出者,这场讲座梳理了从基础自组织到免疫互作与 scRNA-seq 验证的完整路径,可与同领域方法综述对照。
来源:专家解读(YouTube) · youtube.com