Cell Stem Cell | 功能性神经与血管系统的成功构建：人类肠道类器官研究的重大突破

人类肠道类器官（HIOs）是从多能干细胞（hPSCs）衍生的三维结构，能够模拟人类肠道的发育和功能。然而，传统的HIOs在体外培养时缺乏神经元、内皮细胞和有组织的平滑肌，这限制了其在模拟复杂肠道功能和疾病中的应用。为解决这一问题，研究团队探索了利用EREG替代传统表皮生长因子（EGF）来增强HIOs的分化能力。

近日，一项发表于《Cell Stem Cell》的研究在人类肠道类器官（HIOs）领域取得了重大突破。题目为“Coordinated differentiation of human intestinal organoids with functional enteric neurons and vasculature”。研究团队通过应用肠道干细胞生态位因子EPIREGULIN（EREG），成功诱导了包含功能性神经和血管系统的复杂HIOs，为人类肠道疾病研究和再生医学提供了新的工具。

研究团队发现，EREG是人类肠道发育中的重要干细胞生态位因子。通过将EREG应用于HIOs的培养，成功诱导了上皮细胞、间充质细胞、神经胶质细胞、内皮细胞和有组织的平滑肌的协调分化。实验中，研究者测试了不同浓度的EREG（1 ng/mL、10 ng/mL、100 ng/mL），最终发现10 ng/mL的EREG条件在HIOs形成效率和细胞类型多样性方面表现最佳。

通过单细胞RNA测序（scRNA-seq）和单核RNA测序（snRNA-seq），研究团队发现EREG培养的HIOs中出现了丰富的神经细胞、内皮细胞和平滑肌细胞，而这些细胞在EGF培养的HIOs中很少见。EREG-HIOs中的细胞不仅在形态上存在，其基因表达谱也与人类肠道细胞高度相似，表明这些细胞在功能上具有相似性。

为了进一步验证EREG-HIOs的功能，研究团队将这些类器官移植到免疫缺陷小鼠的肾包膜下。经过10-12周的体内培养，HIOs进一步成熟并形成了更复杂的组织结构。移植后的HIOs（tHIOs）表现出与人类肠道相似的组织结构，包括有组织的平滑肌、丰富的神经细胞和内皮细胞。

通过器官浴实验，研究团队发现EREG-tHIOs能够自发地进行有节奏的收缩，类似于人类肠道的蠕动功能。这一现象表明，EREG-tHIOs中存在功能性神经肌肉单位。此外，通过药物干预实验，研究团队进一步证实了这些神经肌肉单位的功能性。例如，使用乙酰胆碱受体激动剂（如Bethanechol）能够增强tHIOs的收缩力，而使用乙酰胆碱受体拮抗剂（如Scopolamine）则能够抑制收缩力。

EREG-HIOs中的内皮细胞不仅在体外形成了血管网络，还能够在体内与宿主血管系统连接并形成功能性血管。通过荧光标记的VE-CAD抗体和荧光微珠的实验，研究团队观察到EREG-HIOs中的内皮细胞能够与宿主血管系统连接，并允许血液流动。这一发现表明，EREG-HIOs中的血管网络不仅在结构上与人类肠道相似，而且在功能上也具有相似性。

图 本研究模式图

综上所述，这项研究通过创新性地应用EREG，显著提高了HIOs的复杂性和功能性，为人类肠道疾病研究和再生医学提供了新的工具。这种复杂的HIOs模型不仅能够更准确地模拟人类肠道疾病，还能用于高保真度的药物筛选和个性化医学研究，为未来的临床应用提供了新的可能性。

尽管这项研究取得了显著进展，但仍存在一些局限性。例如，HIOs中仍然缺乏某些重要的细胞类型，如免疫细胞和淋巴细胞，这些细胞在人类肠道功能和疾病中发挥着重要作用。此外，尽管EREG在HIOs分化中发挥了关键作用，但其具体的分子机制尚不清楚。未来的研究需要进一步探索EREG在肠道发育中的作用机制，并尝试添加其他细胞类型以完善HIOs模型。

原始出处：

Coordinated differentiation of human intestinal organoids with functional enteric neurons and vasculature. Cell Stem Cell. 2025 Feb 27:S1934-5909(25)00046-3. doi: 10.1016/j.stem.2025.02.007. Epub ahead of print. PMID: 40043706.