一种基于类器官的器官再利用方法治疗短肠综合征
2021-04-18 20:03:32   来源：   作者：  评论：0 点击：

关键字： 类器官 | 短肠综合征
小肠是营养吸收的主要器官，广泛切除小肠会导致吸收不良和消瘦，称为短肠综合征(SBS)。近日，日本庆应义塾大学医学院Toshiro Sato教授带领团队通过使用回肠衍生的类器官替代原代结肠上皮，产生了一种功能性小肠化结肠(SIC)，来治疗短肠综合症。相关数据于2021年2月25日在线发表在《Nature》杂志上，这些数据为肠道类器官的再生利用提供了理论依据，并为SBS的治疗提供了可行的策略。

为了测试人类小肠上皮是否具有器官重塑能力，研究人员使用先前的异种移植方法将人类小肠类器官移植到免疫缺陷小鼠的大肠表面。尽管对照人类结肠类器官重建了隐窝结构，异种移植的人类回肠类器官构建了新生绒毛结构，使人联想到小肠上皮。透射电子显微镜证实回肠类器官异种移植物中微绒毛结构的成熟。小肠特异性的表面分子，即蔗糖酶异麦芽糖酶和回肠钠/胆汁酸协同转运蛋白(IBAT;也称为SLC10A2)，仅在回肠异种移植物中表达。此外，回肠异种移植物在隐窝绒毛样结构中产生表达淋巴管内皮受体-1(LYVE-1)的淋巴管。相比之下，在异种结肠移植物中，淋巴管主要存在于粘膜下层。为了确定这些乳样结构是否可以作为脂肪吸收淋巴管发挥作用，研究人员将荧光标记胆固醇(NBD-胆固醇)注射到异种移植小鼠的直肠。免疫荧光成像显示NBD-胆固醇和淋巴管之间存在重叠，表明脂肪的主动吸收。总之，这些结果表明异种移植的人小肠类器官能够正确重建小肠上皮及其吸收相关机制。

在小肠上皮器官重塑能力的鼓励下，研究人员选择使用大鼠SBS模型进一步研究SIC能否替代小肠的功能。在将类器官稳定植入后，研究人员对大鼠进行了全空肠切除术，并将类器官移植结肠插入空肠起点和回盲瓣之间。植入的类器官最初在结肠造口形成隐窝样结构，并且在间置手术后，形成与成熟小肠组织学相容的绒毛结构。这种反应与人小肠类器官单层培养产生的流依赖性形成相一致，并表明暴露于肠流推动了小肠上皮的成熟，这一现象已知也发生在人体肠道。
插入的SIC的原位杂交(ISH)和免疫组织化学分析显示，在供体来源的荧光素酶标记上皮中存在Lgr5+干细胞和主要分化细胞类型，包括小肠特异性Paneth细胞。供体来源的上皮还包括表达蔗糖酶异麦芽糖酶和表达NPC1L1的小肠上皮细胞;这些细胞分别负责消化摄入的糖和吸收胆固醇。供体来源的杯状细胞保留了小肠粘液蛋白的模式。间置结肠中残留的结肠上皮缺少Paneth细胞，表明这些观察结果具有移植物特异性。为了证实移植器官的来源决定了组织的性质，研究人员使用结肠器官重复移植手术。正如预期的那样，结肠类器官在结肠造口术后保留了其区域特性。这些结果表明，类器官能够重建其起源的组织结构，无论上皮和上皮下组织之间的解剖不匹配。

体内生物发光成像进一步证实了移植类器官的稳定植入。在一段时间的监测中，研究人员偶尔发现在全空肠切除术后存活超过一个月的长期存活者;这与单纯全空肠切除术后的短期存活率形成鲜明对比。这种通过小肠类器官移植抢救致死性SBS的初步迹象鼓励研究人员前瞻性地确定其治疗效果。为此，研究人员考虑了几个可能影响他们对结果解释的混杂因素。为了尽量减少这些可能性，研究人员以双盲法进行实验：大鼠接受回肠或结肠类器官移植，但手术和护理人员没有意识到类器官类型。生物发光监测证实两组移植效率相同。值得注意的是，所有结肠类器官移植的大鼠在两周内都会死掉，而回肠类器官移植导致体重减轻更轻，存活率更高。7只回肠类器官移植大鼠中有2只从肠衰竭中恢复稳定，移植后存活1个月以上。长期存活者往往有大面积的类器官移植，表明有效和稳定的类器官移植在产生治疗效益方面的重要性。植入的类器官也表达小肠特异性NPC1L1并结合NBD-胆固醇。相比之下，与植入部位相邻的残余结肠上皮缺乏NPC1L1，只有少量的NBD-胆固醇被吸收，可能是通过被动扩散。SIC(而非天然结肠上皮)与对照回肠相似水平的荧光标记葡萄糖和肽结合，并用葡萄糖或肽转运体抑制剂治疗消除了这些效应。SIC维持神经回路和肌肉层完整的自主神经支配。这些结果表明，类结肠通过器官植入和肠间置获得了小肠在体内的功能。

这项研究开发了一个利用小肠类器官移植上皮细胞的新平台。研究人员首先发现异种移植的人回肠类器官保持了其区域身份并可在小鼠结肠中形成新生的绒毛结构。类器官单层细胞体外培养实验进一步揭示了腔内机械流在绒毛形成中的重要作用。随后，研究人员通过将SIC重新定位在回肠-盲肠连接处建立了大鼠SIC模型，在回肠-盲肠连接处，上皮暴露于恒定的肠腔液流。SIC具有吸收功能，能显著改善SBS大鼠模型的肠功能衰竭，而结肠类器官移植代替回肠类器官移植则无显著的死亡。总的来说，该研究为弥补体外干细胞研究和将其转化为治疗致命的人类小肠疾病的鸿沟做出了突出的贡献。
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