
克罗恩病患者回肠隐窝与类器官的比较
克罗恩病(Crohn’s disease,CD)的组织变化涉及上皮、免疫和间质细胞。患者来源类器官主要保留上皮部分,因此研究问题是:离开原有组织环境后,上皮是否仍带有与疾病相关的分子特征。2021 年发表于 Cellular and Molecular Gastroenterology and Hepatology 的一项研究,将回肠隐窝与由这些隐窝建立的类器官作比较,并进一步分析不同患者的表达和分泌差异。
研究方法记载招募 16 例儿童 CD 患者和 13 例非炎症性肠病对照,从末端回肠取材;RNA 测序队列表列出 16 例 CD 和 12 例对照。患者中,非狭窄、非穿透型与狭窄型各 8 例,取材时有炎症 7 例、无炎症 9 例。
隐窝与类器官的共有及特有表达
研究检测到的 15,554 个蛋白编码基因中,14,149 个同时在隐窝和类器官中表达,占 90.9%。共同基因平均表达的相关分析决定系数为 0.906。另有 1,091 个只在隐窝中检出,314 个只在类器官中检出。
研究还识别出仅在隐窝材料或仅在类器官中表达的基因。隐窝中特有的部分基因涉及免疫信号、受体信号及细胞黏附,反映了取材组成与体外上皮体系之间的差别。
细胞染色显示类器官表达上皮标志 E-cadherin,并含有潘氏细胞(Paneth cells)和杯状细胞。培养 3 周后,CD 与对照来源类器官在整体形态上仍相近。
疾病表型与当前炎症状态分别分析
CD 患者与未患炎症性肠病的对照所建立的类器官,在表达特征中呈现分离趋势。相关变化涉及 Wnt、细胞因子及其他信号通路,表明部分疾病相关表达在数周培养后仍可检测到。
非狭窄、非穿透型与狭窄型的整体主成分分析没有清楚分组。在 11,933 个基因中,470 个达到名义差异阈值,少于随机情况下的预期;其中 156 个的倍数差异超过 2。作者将相关炎症信号和纤维化联系作为探索性线索。
按取材时炎症状态比较,整体主成分分析也未分组。多重检验校正后有 5 个显著基因,其中 IGF2BP3 升高,CLCA1、SPINK4 和 GCG 降低;部分表达经过另一种检测核对。通路分析中,血小板衍生生长因子信号最突出。
疾病与对照比较还发现,CXCL5、CCL5 转录本较高,IL33、PDGFB 和 ILDR2 较低。这些结果涉及上皮与免疫、间质细胞之间的信号联系;RNA 水平与培养上清中的相应蛋白没有发现直接相关。
表达特征用于寻找候选药物线索
研究把患者类器官中的表达变化,与已有小分子干预后的表达资料进行计算比较。其思路是寻找能够使疾病相关表达向相反方向变化的候选物,分别分析两类 CD 表型相对对照的特征,以及两者共有的部分。
计算分析分别使用 184 个非狭窄型差异基因、323 个狭窄型差异基因和 57 个两组共有基因,与 Touchstone 干预数据比较,得到 14 种共同候选。类别包括 Rho 激酶、PI3K 和受体相关作用,actarit 与 devazepide 是作者特别讨论的两种化合物。
这些候选来自表达逆转评分;原文尚未报告它们在本研究类器官中的药效验证。作者要求后续实验及临床评价,再判断能否改善上皮信号或疾病损伤。
分泌分析呈现供者差异
第二队列的分泌分析使用 13 份类器官培养物;按表 1,包含 6 例对照和 7 例 CD,其中 CD 有 5 例无炎症、2 例有炎症。研究检测 30 种分子,并以新鲜培养基作背景参照,较高的表皮生长因子水平主要来自培养基。
IL-8、IL-15 以及较低水平的 FGF2 和 IL-6 可高于培养基背景,但 CD 与对照之间未见显著组间差异。肿瘤坏死因子 α 和干扰素 γ 等多种分子很低,即使有炎症来源样本也是如此。
单核细胞趋化蛋白 1、血管内皮生长因子、IL-8 和 IL-1RA 在供者之间变化较大。作者提出检验这些分泌差异对上皮及其他黏膜细胞的影响,其旁分泌功能和诊断用途仍需验证。
保留疾病信号,也失去部分黏膜互作
隐窝中特有的部分转录本来自残留免疫或间质细胞,但也有正常上皮基因在类器官中未检出。作者认为,非上皮细胞信号和绒毛环境的缺失可能改变培养后的表达。疾病特征的保留范围因此受培养阶段及细胞组成影响。
严重炎症、组织易碎的 CD 材料有时产生较少隐窝并培养失败,作者报告约占 CD 病例的 10%。