北京时间 3 月 4 日凌晨，国际学术期刊 Nature 以 Research Article 形式在线发表了上海交通大学医学院上海市免疫学研究所苏冰教授课题组的研究工作 MAP3K2-regulated intestinal stromal cells define a distinct stem cell niche。该研究 首次发现肠道干细胞底部存在一类被称为 MRISC 的新型肠道间质细胞（图 1）。该研究结合单细胞测序、ATAC 测序、报告基因小鼠、体外肠道类器官共培养体系以及肠道间质细胞原位注射等技术，系统揭示了 MRISC 细胞在肠道炎症和损伤过程中通过特异调控肠道干细胞微环境的 Rspo1-WNT 信号参与肠道上皮组织损伤修复的作用和机理，为肠道修复和再生及疾病临床治疗研究提供了新思路。肠道干细胞底部的 MRISC 肠道间质细胞通过感受炎症损伤诱导的 ROS 信号，激活 MAP3K2-ERK5-KLF2 信号通路，上调 R-spondin1 表达，从而提高肠道干细胞的 Wnt 信号，促进其增殖加强其修复肠道上皮损伤的功能。论文链接：https://dx.doi.org/10.1038/s41586-021-03283-y炎症和损伤通常能迅速激发肠道干细胞增殖促进组织修复再生。肠道间质细胞是肠道微环境组分中的重要成员，在 FGF、TGF-β、Hedgehog 与 PDGF 等信号调控下肠道间质细胞可分化为多种复杂群体，它们通过与淋巴细胞、髓系细胞、上皮细胞、和神经细胞的相互作用，协同调控肠道稳态以及上皮干细胞的功能。借助谱系示踪技术，肠道间质细胞的功能异质性正在逐步得到阐明：不同的肠道间质细胞群体通过不同生长因子与细胞因子的分泌可有效调节肠道稳态与上皮结构完整性。然而，这些新发现的肠道间质细胞群体在肠道稳态维持与疾病条件下，如何精细调控肠道功能至今仍然不清楚。肠道间质细胞长期以来被认为是一类相对简单缺乏异质性的功能细胞。它们都表达 CD140a、Col1a2、Vimentin 等少数几个标志物，目前仍然缺乏精细研究其组织空间分布和亚群的工具。近年来单细胞测序技术快速发展，揭示了肠道间质细胞是一大类认知较少、异常复杂且具高度异质性的间质细胞（Cell，2018）。Foxl1 + 特洛细胞（Nature，2018）及 CD81 + 滋养细胞 (Cell Stem Cell，2020) 的发现，提示肠道可能存在多种分化不同且功能特异的肠道间质细胞亚群。目前领域里对不同肠道间质细胞亚群的特征、空间分布、它们在组织损伤修复中的潜在功能、以及调节的细胞和分子机制仍知之甚少。因此对新型肠道间质细胞亚群的身份鉴定，上游刺激信号的发现，以及中下游转录和表观遗传调控通路的阐明已成为间质细胞领域最基础和重要的科学问题。肠道上皮发育分化依赖于肠道微环境中的 Wnt-BMP 对冲信号的浓度梯度，但 Wnt 激活剂 R-spondins 梯度形成的调控机制仍然不清楚。尽管已知肠道间质细胞是 R-spondins 的主要来源，但肠道「干细胞巢」(Stem Cell Niche) 中 R-spondins 的细胞来源仍有诸多争议。同时，R-spondin1 蛋白的转录、翻译以及释放的调控机理也不明了。苏冰教授课题组的该项研究首先发现进化保守的 Thr/Ser 蛋白激酶 MAP3K2 对 DSS 诱导的小鼠肠炎能通过维持损伤肠道中 Lgr5 + 干细胞的数量和功能起到关键的保护作用。MAP3K2 是一个多器官组成性表达的丝 / 苏氨酸蛋白激酶。在分子机制上研究人员发现 Map3k2 通过响应 DSS 诱导的损伤信号上调 R-spondin1 的表达，介导 MAPK 信号与 Wnt 信号之间的互作；并确认肠道间质细胞是肠道炎症损伤信号上调 R-spondin1 表达的关键细胞。为了精确确定受 MAP3K2 调控的肠道间质细胞的特征和功能，研究人员利用单细胞测序技术发现并分离得到一群带有 CD90+CD81+CD34+CD138 - 特征的肠道间质细胞，并命名为 MRISC。通过肠道类器官共培养以及肠道原位细胞注射实验，课题组成功证明了 MRISC 具有对肠道干细胞特异的调节功能。并通过构建全新的 Rspo1-tdTomato 报告基因小鼠，揭示 MRISC 定位于肠道「干细胞巢」的下方（图 2）。图 2. MRISC 位于肠道干细胞 Niche 底部图片是 Rspo1-tdTomato 小鼠结肠通过免疫荧光染色的方法显示 MRISC (CD34+CD81+tdTomato+)（白色）位于肠道隐窝干细胞底部。为进一步研究 MAP3K2 特异调控新型肠道间质细胞 MRISC 中 R-spondin1 表达的分子机制并探索其表观遗传的特征，研究人员获取了不同肠道间质细胞的 ATAC-Seq 数据，揭示 MRISC 有着与其他间质细胞非常不同的表观遗传调控特征（图 3），并发现 MRISC 的核心转录调控因子 KLF2 直接受 MAP3K2 信号调控。后续的体外实验进一步发现了「活性氧（ROS）-MAP3K2-ERK5-KLF2」 这一全新的诱导 R-spondin1 产生分子通路。通过同人肠道单细胞测序数据的比较分析，研究人员也找到了与小鼠 MRISC 对应的人的 MRISC 细胞，并猜测其同样可能参与调控肠道炎症。图片显示小鼠结肠 MRISC，CD34SP,CD138+,Myofibroblast 间质细胞 ATAC-seq 的热图结果，显示同其它肠道间质细胞比较 MRISC 具有独特的染色体开放区域。本文借 MRISC 的发现对以上皮干细胞微环境为靶点的炎症性肠病治疗方案具有重要的指导意义，同时新建立的间质细胞示踪模型也将极大促进肠道微环境研究领域的发展。更为重要的是，通过对 MRISC 以及其它肠道间质细胞亚群的鉴定，让我们意识到间质细胞可能就像 CD4+T 淋巴细胞一样，包含诸如参与 I、II、III 型免疫反应的效应 T 细胞、调节性 T 细胞以及滤泡辅助性 T 细胞等多个辅助性 CD4+T 细胞亚群，这些 CD4+T 细胞亚群的发现推动了 T 细胞领域近四十年的深入研究。因此，MRISC 以及其它主要间质细胞亚群标记系统的建立必将极大推动间质细胞在免疫、神经、肿瘤、代谢、衰老等生命科学重要过程中功能的阐释；而人体内相对应的间质细胞主要亚群的发现和鉴定将同样推动其在人类疾病如肠道肿瘤、食物过敏等炎症诱导疾病中作用的解析。这项研究是苏冰教授团队通力协作的成果，也是苏冰教授离开耶鲁大学回国后加入上海交通大学医学院开展的第一个课题。课题组伍宁波博士和孙宏翔博士是该论文的共同第一作者。伍宁波博士 2012 年开始启动本课题的研究，受实验室建设初期实验条件限制，课题组用了近两年的时间建立并逐步积累实验所需基本条件，得到第一个表型。之后在伍宁波博士和孙宏翔博士的精诚团结紧密合作和课题组的支持下，经过漫长的摸索最终聚焦到肠道间质细胞 MRISC。
