同济大学团队在《自然·通讯》上发文建立新型人小肠类器官研究平台

基于成体干细胞的类器官技术是体外研究组织发育、稳态及再生过程的重要工具。其高度模拟体内环境的细胞构成、组织结构和功能特性，使其成为研究发育机制、疾病进程及药物筛选的理想平台。

然而，尽管自2011年建立人小肠类器官（hSIO）培养体系以来，该技术不断改进（例如2018年和2025年的改良），现有hSIO模型仍无法完全复现体内小肠组织特征。主要挑战在于：前体细胞比例过高，难以自发生成潘氏细胞等功能性细胞；干细胞自我更新和多向分化难以兼顾，增殖能力与细胞多样性之间存在权衡取舍。这些限制严重阻碍了体外小肠组织模拟及其在疾病研究中的应用。 如何平衡干细胞自我更新和多向分化，构建兼具增殖能力和细胞多样性的类器官，成为该领域的关键难题。

针对这一挑战，同济大学生命科学与技术学院尹晓磊团队提出了一种创新的“以退为进”策略，通过增强干细胞的干性和可塑性，提升其分化潜能，从而实现细胞多样化。 研究人员利用基因编辑技术构建了LGR5-mNeonGreen人小肠干细胞实时荧光报告系统，精确追踪干细胞动态变化。结合小分子药物筛选，团队成功建立了一种新型hSIO培养体系（TpC体系）。通过微环境信号调控，该体系成功重现了人小肠细胞命运的动态调控过程。这一策略不仅突破了传统方法中干细胞自我更新与分化间的平衡难题，也为其他类器官研究提供了新思路。研究成果已发表在《自然·通讯》（Nature Communications）杂志上，论文标题为“A tunable human intestinal organoid system achieves controlled balance between self-renewal and differentiation”。

TpC体系展现出更强的增殖能力和更高的LGR5+干细胞比例，同时拥有更丰富的分化细胞类型，特别是潘氏细胞和成熟小肠上皮细胞数量显著增加。与传统方法相比，TpC体系具有显著优势：首先，采用“一步法”培养，无需复杂的分步分化，既能保持类器官快速增殖，又能自发分化出多种细胞类型；其次，培养条件简便，具有良好的均一性，显著提高了培养效率和可重复性，有利于高通量药物筛选；更重要的是，该体系更真实地模拟了体内肠道组织的细胞组成和功能特征，尤其成功实现了潘氏细胞的自发产生，这是以往体系难以实现的。通过小分子药物筛选和基因编辑技术，团队还阐明了HDAC抑制剂在提高干细胞比例、促进潘氏细胞分化中的作用机制。这一新型类器官体系为肠道疾病机制研究、药物研发和个性化治疗方案的制定提供了重要平台。

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图1 TpC体系下的人小肠类器官

此外，研究团队通过调控Wnt、Notch、BMP等信号通路，首次系统性地解析了人小肠上皮细胞命运调控网络，并成功实现了对四种主要功能细胞类型的定向分化。 研究发现人源和小鼠肠道上皮细胞的命运调控机制存在相似性，为后续研究奠定了基础。这项研究成果对深入理解肠道发育及相关疾病，以及开发基于干细胞的治疗方法具有重要意义。

图2 人小肠干细胞命运动态平衡模型

同济大学生命科学与技术学院及附属东方医院尹晓磊教授为论文通讯作者，同济大学博士后杨莉、博士研究生汪旭磊为共同第一作者，博士研究生周星宇，硕士研究生陈泓宇、邓鲤凌，同济大学附属东方医院宋森涛，科研助理姚珧参与了该研究。该研究得到了同济大学生命科学与技术学院、教育部细胞干性与命运编辑前沿科学中心、同济大学附属东方医院的大力支持，并获得了科技部、自然科学基金委、上海市科委等项目的资助。该团队已对该新型培养方法申请了专利，并计划开展后续转化工作。

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 2025-01-12