Nature：胚胎时期胰腺、胆囊和肝脏的发育比以前认为的联系更紧密

2021年9月3日讯/生物谷BIOON/---基于单细胞的研究揭示了干细胞和祖细胞区室存在巨大的细胞异质性。肝脏-胰腺-胆管器官系统依赖于一个小的内胚层祖细胞区室，它产生了多种不同的成体组织，包括肝脏、胰腺、胆囊和肝外胆管。在小鼠胚胎中对各种发育信号的实验操作强调了这个胚胎区室的重要细胞可塑性。这也在表现为肝脏、胰腺和胆囊的多器官表型的人类遗传综合征和人类畸形中得到反映。然而，导致内胚层祖细胞区室分离为肝脏、胆管和胰腺结构的精确谱系树和一连串事件尚未确定。

在胚胎发育过程中，胰腺、胆囊和肝脏从一个共同的祖细胞库中发育出来。在一项新的研究中，英国伦敦大学国王学院干细胞与再生医学中心的Francesca Spagnoli博士及其同事们将计算建模方法与遗传系谱追踪结合起来，准确地重建了肝脏-胰腺-胆管谱系树。他们发现位于胰胆管芽（pancreato-biliary bud）和肝脏之间的一个胰腺祖细胞亚群被来自邻近肠道的信号维持在多能性状态。相关研究结果发表在2021年9月2日的Nature期刊上，论文标题为“Quantitative lineage analysis identifies a hepato-pancreato-biliary progenitor niche”。

具体而言，他们发现，一个多能性的祖细胞亚群持续存在于胰腺-胆管器官原基（pancreato-biliary organ rudiment）中，它们不仅为胰腺和胆囊提供细胞，还为肝脏提供细胞。此外，利用单细胞RNA测序和功能实验，他们确定了一种特定的祖细胞微环境，支持这个祖细胞亚群在发育过程中长时间处于多能性状态。

多年来，Spagnoli实验室一直对解释肝脏和胰腺起源的机制感兴趣，其长期目标是开发一种治疗糖尿病的方案。Spagnoli说，“这个项目是几年前在我的实验室开始的。几年来，我们一直对不同的细胞类型，如肝细胞和胰腺细胞，如何从共同的祖细胞中产生并获得特定的形状以形成功能性器官感兴趣。这些细胞状态的可塑性如何？我们能否利用肝脏和胰腺之间的细胞可塑性来实现糖尿病的新型再生疗法？”

这项研究扩大了科学家们对驱动早期器官生成的细胞过程的理解。这些研究结果表明肝脏-胰腺-胆管发育（hepato-pancreato-biliary development）具有持续的可塑性，这也可能解释了肝快速扩张而胰-胆生长减弱。

肝脏-胰腺-胆管标志物在早期细胞命运特化中的表达，图片来自Nature, 2021, doi:10.1038/s41586-021-03844-1。

在发育中的器官中维持多能性祖细胞的目的可能与成体组织中维持干细胞微环境的目的相似，比如，在器官发生期间，在发育延迟或谱系受限细胞群体丢失后，提供稳态调节和提高恢复力。如果不能维持这样的多能性祖细胞，可能会导致表现为肝脏、胰腺和胆囊的多器官表型的人类遗传综合征和人类畸形。

在谈到他们的研究的影响和未来的研究计划时，Spagnoli博士说，“这是一项真正的跨学科研究，我们结合了计算模型和小鼠遗传学方法发现具有潜在产生肝脏-胰腺-胆管细胞谱系的多能性祖细胞在胚胎发育中持续存在。下一步是在人类中研究这种可塑性的多能性祖细胞群体，并将它们的潜力用于再生医学。这也可能有助于阐明表现为肝脏、胰腺和胆囊的多器官表型的人类遗传综合征和人类畸形的形成机制。”（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

David Willnow et al. Quantitative lineage analysis identifies a hepato-pancreato-biliary progenitor niche. Nature, 2021, doi:10.1038/s41586-021-03844-1.