Cell Stem Cell丨闕建文組首次在體外建立食管上皮細胞誘導分化系統

09-27

責編丨迦漵

食道癌，特別是食道鱗狀上皮癌

（簡稱鱗癌）

是發展中國家包括中國很常見的癌症。我們知道癌症的發生，發展常常與某些信號通路的激活/抑制有關。這些信號通路往往在胚胎器官發育過程中起很重要的作用。以往在動物模型的研究中我們獲得了很多關於胚胎髮育重要的信息，但種屬間的差異可能會帶來不確定性。近年來人源胚胎幹細胞(hESC)和誘導多能幹細胞（iPSC）為研究多個人體的器官發育提供了重要信息。有些信號通路在人和動物之間是保守的，但也有一些是有差異的。

到目前為止，還沒有一個很好的體系能把人多能幹細胞細胞分化成食道上皮細胞，因此對人和動物間信號通路在食道發育過程中是否存在差異還未知。

近日，來自哥倫比亞大學醫學系

闕建文

教授課題組

（第一作者為

章永春

博士）

在

Cell Stem Cell

雜誌上發表了題為

3D Modeling of Esophageal Development Using Human PSC-Derived Basal Progenitors Reveals a Critical Role for Notch Signaling

的論文，

第一次在體外成功將人體多能幹細胞高效的誘導分化成食管上皮細胞

（esophageal progenitor cells ，EPCs）

，並

發現通過抑制TGF?和 BMP信號通路可以有效的促進食管上皮細胞生成。

此外，該研究還鑒定出了細胞表面標誌EPCAM 和ITG?4來純化食管上皮細胞，並通過體外三維（3D）培養和體內移植，用分化生成的食管上皮細胞很好地模擬人體食管的發育。此外，

該研究還結合人體全能幹細胞和轉基因老鼠發現NOTCH信號通路對於食管上皮的形成的重要作用。

在這項研究中，研究人員基於過去對小鼠食道發育的研究，開始進行幹細胞分化實驗。研究發現noggin

(一個抑制BMP 信號通路的重要分子)

可以有效地促進前腸

（foregut）

前體細胞發育成食道基底祖細胞

（basal progenitor cell）

。另外，通過篩選，發現了這些祖細胞表達細胞表面分子EPCAM和INTEGRIN ?4。因此，用上述兩個表面分子進行流式細胞分選（FACS）純化到近100%的食道基底祖細胞。

隨後，研究人員用一系列的體內

（e.g. 腎上腺移植）

和體外實驗

(e.g. organoid 培養）

證明這些純化的祖細胞可以很好地分化成食道上皮細胞，像人和小鼠的食道上皮一樣形成多層鱗狀上皮。研究人員還把這些純化的食道祖細胞跟人早期胚胎食道上皮的進行比較，發現它們表達類似的重要蛋白，比如

（FoxE1, SOX9, KRT7等等）

。

在分析提純的祖細胞分化成多層鱗狀上皮時，研究發現BMP信號通路在人和小鼠的發育過程中是保守的。研究人員用多能幹細胞分化系統進行小規模的信號通路激活/抑制篩選，發現

NOTCH

信號通路的激活對食道祖細胞分化成鱗狀上皮也有重要作用。抑制這個通路後，食道祖細胞不能很好的分化成鱗狀上皮。隨後用小鼠模型研究了

NOTCH

信號通路對食道的調節作用，發現了它也有類似的功能。如果敲除notch受體或它下游分子RPBJK也會影響食道上皮的分化。

該研究還發現了人和小鼠的食道上皮發育受相同信號通路的影響。但是人和小鼠食道上皮結構還是有不同，比如小鼠上皮含有角質層，而人卻沒有。該人體多能幹細胞的分化系統將來也許會提供一些端倪。另外，通過分化得到的食道祖細胞可以是無窮無盡的，這可以將來和生物工程研究相結合構造人工食道提供基礎。

再者，還可以用食道癌病人的細胞

（比如纖維細胞)

構建誘導性多能幹細胞，然後用這些細胞研究食道癌較常見突變基因對細胞功能的影響，從而獲取與癌症發生相關的信息。值得一提的是，在歐美髮達國家食道腺癌和與它相關的巴氏食道也與食道祖細胞相關。

總的來說，

該成果不僅為研究人體食管發育，也為研究食管疾病以及開發相應的藥物提供了一個全新的途徑。

值得一提的是，闕建文課題組最近還發現小鼠和人成體食道中有兩種不同的基底祖細胞

（Nature. 2017 ）

【1】

，一種與食道鱗癌有關係

（ Cell Stem Cell. 2013）

【2】

而另外一種與巴氏食道，腺癌發病相關。據悉，該課題組未來將來對他們建立的誘導多能幹細胞分化系統進行進一步的研究，探討分化得到的基底祖細胞能否具有類似的差異性。

參考文獻：

1、Jiang, M., Li, H., Zhang, Y., Yang, Y., Lu, R., Liu, K., ... & Zhu, J. (2017). Transitional basal cells at the squamous–columnar junction generate Barrett』s oesophagus.

Nature

, 550(7677), 529.

2、Liu, K., Jiang, M., Lu, Y., Chen, H., Sun, J., Wu, S., ... & Peters, J. H. (2013). Sox2 cooperates with inflammation-mediated Stat3 activation in the malignant transformation of foregut basal progenitor cells.

Cell stem cell

, 12(3), 304-315.

BioArt，一心

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