編者按

 自2009年Hans Clevers實(shí)驗(yàn)室首次從小鼠腸道干細(xì)胞中培養(yǎng)出腸道類器官以來，類器官技術(shù)經(jīng)歷了快速發(fā)展，在遺傳疾病、傳染病、癌癥、再生醫(yī)學(xué)和藥物發(fā)現(xiàn)等相關(guān)領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用，取得了多項(xiàng)標(biāo)志性成果。腸道類器官雖然可以準(zhǔn)確模擬多種上皮細(xì)胞亞型的分化和功能，但由于缺乏特定比例的免疫細(xì)胞組成，它們?cè)谏?病理學(xué)研究的應(yīng)用受到了限制。為了彌補(bǔ)這一缺陷，許多研究嘗試將成人或誘導(dǎo)多能干細(xì)胞衍生的類器官與血液來源的免疫細(xì)胞共培養(yǎng)，但整合粘膜淋巴細(xì)胞的環(huán)節(jié)一直未能取得實(shí)質(zhì)突破。目前，還沒有能夠在體外模擬包含完整成人免疫記憶特征的類器官模型。

今天，我們特別關(guān)注一項(xiàng)2024年8月14日由瑞士人類生物學(xué)研究所研究團(tuán)隊(duì)在Nature（IF=50.5）上發(fā)表的最新研究成果——“Human organoids with an autologous tissue-resident immune compartment”，該研究建立了一種上皮類器官與自體組織駐留記憶T（TRM）細(xì)胞結(jié)合腸道免疫類器官模型，揭示了腫瘤免疫治療藥物導(dǎo)致腸道炎癥反應(yīng)的機(jī)制，并找出了能緩解治療相關(guān)炎癥反應(yīng)的潛在靶點(diǎn)。

文章題目

Human organoids with an autologous tissue-resident immune compartment

雜志：Nature（IF=50.5）

發(fā)表時(shí)間：2024.8.14

作者：Nikolche Gjorevski，J. Gray Camp，Lauriane Cabon等

單位：瑞士人類生物學(xué)研究所等

01、研究結(jié)果

1. IIOs模型的建立

研究人員成功構(gòu)建了人類腸道免疫類器官 (IIOs)，該類器官包含自體組織駐留記憶 T 細(xì)胞 (TRM)，并模擬了腸道上皮細(xì)胞和免疫細(xì)胞之間的相互作用。

通過流式細(xì)胞技術(shù)和多重?zé)晒饷庖呓M化技術(shù)驗(yàn)證類器官的結(jié)構(gòu)和細(xì)胞類型（圖1）。類器官與TRM細(xì)胞或PBMCs在三維細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）中結(jié)合。共培養(yǎng)后，TRM細(xì)胞可以與上皮細(xì)胞緊密結(jié)合（圖2，與PBMCs占據(jù)ECM空間且與上皮細(xì)胞沒有明顯相互作用不同），且TRM細(xì)胞的一個(gè)亞群在沒有刺激的情況下可以浸潤(rùn)到上皮組織中，發(fā)生類似腸道上皮內(nèi)淋巴細(xì)胞（IELs）的行為。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，免疫細(xì)胞和上皮細(xì)胞的整合比例達(dá)到1：16，與健康人類腸道中的細(xì)胞分布比例高度相似。不僅如此，在低水平細(xì)胞因子培養(yǎng)條件下，IIO培養(yǎng)至少可以維持14天。

圖1 IIO類器官模型的建立

2. IIOs與TCB相關(guān)的腸道炎癥

腫瘤免疫治療藥物常在患者中引起激烈的非預(yù)期腸道炎癥，導(dǎo)致治療因藥物無法增加到工作劑量而終止。為了尋找緩解治療相關(guān)炎癥反應(yīng)的靶點(diǎn)，研究人員使用臨床相關(guān)濃度的EpCAM靶向T細(xì)胞雙特異性（TCB）分子處理IIO模擬免疫治療過程（圖2a），發(fā)現(xiàn)TCB可以劑量依賴性地誘導(dǎo)上皮細(xì)胞凋亡。TCB處理后，TRM細(xì)胞被激活并表達(dá)細(xì)胞毒性分子，如穿孔素和顆粒酶B。IIOs中TRM細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄組動(dòng)態(tài)與患者體內(nèi)藥物誘導(dǎo)的結(jié)腸炎相似，包括細(xì)胞毒性CD8+ T細(xì)胞的出現(xiàn)和調(diào)節(jié)性T細(xì)胞的減少。超過90%的響應(yīng)細(xì)胞來自腸道TRM細(xì)胞亞群，而且炎癥與一類具有細(xì)胞毒性的CD8+T細(xì)胞亞群有關(guān)，這種效應(yīng)細(xì)胞亞群是受到IIO中的CD4+的TH1型細(xì)胞亞群產(chǎn)生的細(xì)胞因子調(diào)控而獲得細(xì)胞毒性的，這與患者體內(nèi)藥物誘導(dǎo)的結(jié)腸炎表征相似（圖2h-i）。

圖2 IIOs復(fù)現(xiàn)TCB相關(guān)性腸道炎癥表現(xiàn)

通過進(jìn)一步時(shí)間序列擴(kuò)散映射分析，研究人員解析了TCB介導(dǎo)的炎癥背后的免疫動(dòng)力學(xué)，并通過ROCK1/2抑制劑（Y-27632）阻斷了IIO內(nèi)的細(xì)胞運(yùn)動(dòng)。對(duì)一系列潛在靶標(biāo)驗(yàn)證后發(fā)現(xiàn)，靶向Rho信號(hào)通路能顯著的抑制免疫療法相關(guān)腸道炎癥。

TCB處理后，CD4+輔助性T細(xì)胞1 (TH1) 群體被激活并產(chǎn)生細(xì)胞因子，隨后自身也轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)胞毒性狀態(tài)。TH1細(xì)胞通過分泌多種信號(hào)因子，如 IFNγ和TNF，來指導(dǎo)B細(xì)胞和CD8+ T細(xì)胞的激活和分化。TNF 阻斷和 Rho 信號(hào)通路抑制劑可以有效地抑制TCB誘導(dǎo)的腸道炎癥，表明這些通路是潛在的治療靶點(diǎn)，IIO可用于體外腸道炎癥研究。

圖3 TCB介導(dǎo)IIO炎癥的免疫動(dòng)力學(xué)解析

02、編者點(diǎn)評(píng)

總體而言，本研究首次培養(yǎng)出具有自體組織駐留免疫區(qū)室的人類腸道類器官，并闡明了免疫療法相關(guān)腸道炎癥反應(yīng)的分子機(jī)制，證明了其在模擬腸道炎癥和評(píng)估藥物毒性方面的潛力。

研究發(fā)現(xiàn)，TCB 處理后，TRM 細(xì)胞會(huì)被激活并導(dǎo)致上皮細(xì)胞凋亡，其轉(zhuǎn)錄組動(dòng)態(tài)與患者體內(nèi)藥物誘導(dǎo)的結(jié)腸炎相似。進(jìn)一步分析揭示了 TCB 誘導(dǎo)的炎癥機(jī)制，并發(fā)現(xiàn) TNF 阻斷和 Rho 信號(hào)通路抑制劑可以有效地抑制 TCB 誘導(dǎo)的腸道炎癥。IIOs 的開發(fā)為研究腸道免疫反應(yīng)和開發(fā)新的治療方法提供了新的工具，并有助于深入了解上皮來源器官和免疫系統(tǒng)之間的相互作用，可以用于研究自身免疫疾病和癌癥等疾病的發(fā)生和發(fā)展機(jī)制。

作為健康美麗產(chǎn)業(yè)CRO服務(wù)開拓者與引領(lǐng)者、斑馬魚生物技術(shù)的全球領(lǐng)導(dǎo)者，環(huán)特生物搭建了“斑馬魚、類器官、哺乳動(dòng)物、人體”四位一體的綜合技術(shù)服務(wù)體系，開展健康美麗CRO服務(wù)、科研服務(wù)、智慧實(shí)驗(yàn)室搭建三大業(yè)務(wù)。目前，環(huán)特已開發(fā)出腸道類器官炎癥性疾病模型及胃癌、腦類器官、心臟類器官等各種腫瘤類器官模型，并建立200多種斑馬魚模型，歡迎有需要的讀者垂詢！