Nature：胃的“南北战争”！神经组织竟是调控胃功能分区的幕后指挥官

从“砖块”到“社区”：为何简单的迷你胃还不够？

想象一下用乐高积木搭建一座复杂的城堡。如果只给你一种颜色的积木块，你或许能搭出城堡的轮廓，但无法展现其内部精巧的房间、走廊和塔楼。过去研究中构建的胃类器官，就面临着类似的困境。

传统的胃类器官培养方法，通常遵循一个“纯化”的思路。研究人员首先从人类多能干细胞 (human pluripotent stem cells, hPS cells) 中诱导出内胚层细胞 (definitive endoderm)，这相当于筛选出了专门用来建造消化道内壁的“砖块”。然后，他们将这些纯化的细胞培养成上皮球体，再包埋于细胞外基质 (extracellular matrix, ECM) 中，最终形成仅包含胃上皮细胞的“迷你胃”。

这些模型无疑是理解胃上皮细胞生物学的重要工具。然而，它们存在一个根本性的局限：无法自发地形成胃底和胃窦的清晰分野。它们就像是一座只有外墙的城堡，缺乏内部的功能区划。研究人员可以用特定的化学信号“指令”它们统一变成胃底样或胃窦样组织，但这并非发育过程中那种自我组织的模式化过程。

发育生物学的核心魅力在于“自组织”(self-organization)，细胞群体仿佛拥有集体智慧，能够自发地、有序地形成复杂的结构和功能。简单的胃类器官缺乏这种能力，这让研究人员开始反思：是不是从一开始就“选错了积木”？

真实的人体器官发育，从来不是一个细胞类型的“独角戏”，而是一场多方参与、信息交错的“社区建设”。除了内胚层来源的上皮细胞，还有中胚层 (mesoderm) 来源的间充质细胞（提供结构支撑和信号）和外胚层 (ectoderm) 来源的神经细胞（负责调控和感知）。或许，正是这些“邻居”的缺席，使得传统胃类器官无法演绎出发育的完整剧本。

基于这一大胆的设想，研究团队决定打破常规，不再执着于纯化内胚层细胞，而是尝试创建一个包含所有关键角色的“微型发育社区”。他们相信，只有让所有演员都登台，才能看到最真实的表演。

三胚层的交响乐：“类胃囊”的诞生与惊人发现

研究人员设计了一套巧妙的培养方案。他们不再进行筛选，而是直接将多能干细胞聚集成胚状体 (embryoid bodies)，并在培养初期给予特定信号，引导它们分化成一个包含内胚层、中胚层和神经外胚层前体细胞的“多谱系单层细胞”(multilineage monolayer)。这个过程好比是将不同专业的建筑工人和工程师召集到同一个工地，让他们从地基开始就协同工作。

几天后，奇妙的景象发生了。在这个多谱系细胞层上，一些细胞自发地聚集、隆起，并最终“出芽”，形成中空的球体。这些球体被收集起来，包埋在三维基质中继续培养。随着时间的推移，它们不再是简单的上皮囊泡，而是演变成了一个结构高度复杂的微型器官——“类胃囊”。

在显微镜下，这些“类胃囊”展现出令人惊叹的组织结构。它们清晰地分化出三个部分：
1. 一个由柱状上皮细胞构成的中央囊腔，这是未来胃黏膜的雏形，表达着胃上皮的标志物 GATA4 和 SOX2。
2. 一个紧邻上皮囊腔的、结构分层的神经组织团块，其中包含了表达 NESTIN 和 PAX6 等早期神经标志物的神经祖细胞 (neural progenitor cells)。
3. 一层弥散分布的间充质细胞，包裹着整个结构，如同建筑的脚手架和混凝土。

最激动人心的发现，来自于对胃功能分区标志物的染色分析。研究人员使用了一种名为 PDX1 的转录因子作为胃窦区域的“身份证”。在传统的、无法自发分区的胃类器官中，PDX1要么不表达（胃底样），要么均匀地在所有上皮细胞中表达（胃窦样）。

然而，在大约50%的“类胃囊”中，PDX1呈现出一种惊人的“不对称表达”(asymmetric expression)。上皮囊腔的一部分细胞完全不表达PDX1，而另一部分则呈现强烈的阳性信号。这正是活体胃发育中胃底（PDX1阴性）和胃窦（PDX1阳性）的经典分子特征！这意味着，在没有任何外部区域化信号的干预下，“类胃囊”仅凭内部细胞的相互作用，就成功地“自我绘制”出了胃的南北功能地图。

更关键的线索在于空间布局。研究人员敏锐地注意到，那个神秘的神经组织团块，几乎总是“依偎”在上皮囊腔中不表达PDX1的区域，也就是未来的胃底区域。这种精确的邻近关系，与在 E10.5（胚胎发育第10.5天）的小鼠胚胎中观察到的现象如出一辙：支配胃的迷走神经 (vagus nerves) 末梢，也正是优先靠近发育中的胃底区域。

这会是一个巧合吗？还是说，这个一直被忽视的神经组织，正是调控胃功能分区的关键信号源？一个大胆的假设浮出水面：神经组织可能通过分泌某些信号分子，像一位指挥家一样，告诉它身边的上皮细胞“你们将成为胃底”，而远离它的细胞则默认成为胃窦。这个假设，为后续一系列巧妙的验证实验拉开了序幕。

决定性的一刀：证明“配角”不可或缺的显微手术

为了证明这些非内胚层细胞（尤其是神经组织）对于胃底-胃窦模式化是“必需”的，而不仅仅是“相关”，研究团队进行了一项堪称“微雕艺术”的实验，显微切割手术。

他们首先关注了从多谱系单层细胞上出芽的原始球体。这些球体内部，包裹着一团由非内胚层细胞组成的“内核细胞簇”(inner cell cluster, ICC)。正是这个ICC，包含了未来的神经和间充质细胞。研究人员的计划是：通过手术精确地移除这个ICC，看看会发生什么。

实验被分成了两组：
对照组：研究人员用一根极细的玻璃针刺穿球体，但并不吸走内部的ICC，以模拟手术操作本身可能带来的物理损伤。
实验组：在刺穿球体后，小心翼翼地将内部的ICC吸出，只留下外层的内胚层上皮细胞。

随后，这两组经过不同处理的球体被放入相同的培养基中，诱导它们发育成“类胃囊”。经过9天的培养，结果泾渭分明，为研究人员的假设提供了坚实的支持。对照组中，超过90%的球体成功发育成了具有典型胃底-胃窦不对称模式的“类胃囊”，PDX1的表达呈现出清晰的区域化。

而在实验组，奇迹消失了。所有移除了ICC的球体，虽然也形成了上皮囊泡，但它们完全丧失了区域化的能力。PDX1在这些囊泡的所有上皮细胞中都呈现出均匀的强阳性表达。换言之，它们全都变成了“胃窦样”结构，胃底区域彻底消失了。

这个结果的意义是深远的。它证明了，非内胚层细胞的存在，是胃上皮细胞进行胃底-胃窦模式化的先决条件。没有了这些“配角”，上皮细胞这个“主角”即使有再好的剧本（培养基中的生长因子），也无法独自完成区域化的复杂表演。它们会默认执行“成为胃窦”这个基础程序。

这就好比在一场交响乐中，撤掉了指挥家和所有的弦乐、管乐手，只留下一排钢琴。无论钢琴家如何努力，也无法奏出恢弘的交响乐章，只能反复弹奏单调的旋律。现在，问题变得更加聚焦：在ICC这个“乐队”中，究竟是谁扮演了“指挥家”的角色？是间充质细胞，还是那个空间位置上高度可疑的神经组织？

揭开指挥家的面纱：神经组织的“密语”是WNT信号

为了精准锁定信号的来源，研究人员动用了单细胞转录组测序 (single-cell RNA-sequencing, scRNA-seq)。这项技术可以读取成千上万个独立细胞的基因表达“清单”，告诉我们每个细胞在特定时间点正在“说”什么语言，扮演什么角色。

通过对不同发育阶段“类胃囊”的单细胞测序，研究人员构建了一幅详尽的细胞动态发育图谱。随后，他们利用一个名为“CellChat”的生物信息学工具，来分析不同细胞类型之间的“通讯网络”。这个工具就像一个“信号破译器”，可以推断出哪些细胞在发送信号，哪些在接收信号，以及它们之间传递的是什么信息。

分析结果清晰地指向了一个核心通讯轴：WNT信号通路 (WNT signaling pathway)。CellChat的计算显示，在“类胃囊”中，WNT信号的“发送强度”最强的细胞群体，正是神经细胞；而“接收强度”最强的，则是胃上皮细胞。这表明，神经组织正在通过WNT信号，与胃上皮进行着一场关键的对话。

为了在真实的组织中验证这一发现，研究人员使用了另一种高分辨率的成像技术，单分子荧光原位杂交 (smFISH)。这项技术可以让我们直接“看到”特定基因的信使RNA (mRNA) 分子在组织中的精确位置。他们重点观察了一个名为 WNT2B 的WNT家族成员。

结果令人振奋：在“类胃囊”中，WNT2B 的信号高度富集在紧邻胃底上皮的神经组织中。而在小鼠胚胎中，WNT2B 的表达也同样精确地定位在靠近胃底的迷走神经元和相关的神经嵴细胞 (neural crest cells) 中。这为“神经组织是WNT信号源”这一假说，提供了直接的视觉证据。

然而，生物学的探索永不止步。即便我们知道了信号的来源和内容，如何最终证明这两者之间的因果关系？为此，研究团队设计了他们最具说服力的实验之一：“组装体”实验 (assembloid experiment)。

这个实验的思路如同模块化设计：既然“类胃囊”是多组分共培养形成的，那么我们是否能将这些组分分开培养，再像拼装模型一样把它们重新组合起来，从而精确地控制变量？他们分两路进行培养：
1. 上皮模块：使用传统方法，培养出纯化的、无区域化能力的胃上皮球体。
2. 神经模块：单独诱导多能干细胞形成神经球体。

关键的操作来了。他们将一个神经球体，像一颗小磁珠一样，粘贴到一个胃上皮球体的一侧。然后观察这个“组装体”的命运。结果，被粘贴上神经球体的胃上皮，奇迹般地恢复了区域化能力！靠近神经球体的一侧，PDX1表达被抑制，形成了胃底；而远离神经球体的一侧，则表达PDX1，形成了胃窦。

这已经是一个非常有力的证据了。但研究人员还想更进一步，他们要证明这个过程中起作用的，的确是神经球体分泌的WNT信号。于是，他们利用基因编辑技术，构建了两种特殊的神经球体：敲低了 PORCN 或 WLS 基因。这两个基因编码的蛋白，是WNT蛋白分泌到细胞外所必需的“运输工具”。敲低它们，神经细胞虽然能产生WNT蛋白，但无法将其“发射”出去。

当这些“沉默”的神经球体被粘贴到胃上皮球体上时，奇迹再次消失了。胃上皮球体无法形成胃底-胃窦分区，整体都表现为胃窦的特征。这一系列的“组装体”实验，逻辑链条环环相扣，构成了完美的证据闭环。它证明了：位于胃底侧的神经组织，通过分泌WNT信号，直接诱导了邻近胃上皮的胃底化，从而建立了整个胃的区域模式。这场胃的“南北战争”，其胜负手原来是来自另一个胚层——外胚层的神经组织所发出的精确指令。

最后的拼图：NR2F2，执行指令的“现场翻译官”

现在，故事的情节已经非常清晰了：神经组织是“指挥部”，WNT信号是“指令电报”，胃上皮是“前线部队”。但还有一个问题悬而未决：“前线部队”是如何解读这份“电报”，并将其转化为具体行动的呢？换句话说，当WNT信号到达胃上皮细胞后，细胞内部发生了什么，才让它决定成为胃底细胞？

研究人员再次求助于他们的单细胞测序数据库。他们在“类胃囊”和人类胎儿胃组织的 fundic epithelial cells 中，筛选那些被WNT信号激活、并且在胃底区域特异性高表达的基因。一个名为 NR2F2 的转录因子进入了他们的视野。数据显示，无论是在体外模型还是体内组织中，NR2F2 的表达都与胃底的身份牢固地绑定在一起。

NR2F2 会不会就是那个接收WNT信号后，负责在细胞内执行“胃底化”命令的“现场翻译官”？

为了验证这一点，研究人员又一次祭出了精巧的“组装体”实验。这一次，他们使用的“神经模块”是完全正常的，能够正常分泌WNT信号。但他们对“上皮模块”动了手脚：利用基因编辑技术，特异性地在上皮球体中敲低了 NR2F2 的表达。

实验的结果，为这个漫长的探索故事画上了一个圆满的句号。当正常的神经球体与 NR2F2 缺陷的上皮球体组装在一起时，尽管WNT信号能够正常传递，但胃底区域的形成却受到了严重阻碍。原本应该成为胃底的区域显著缩小，而胃窦区域则相应地扩张。

这个结果表明，NR2F2 正是WNT信号在胃上皮细胞中的关键下游效应分子。它就像一位翻译官，将来自神经组织的WNT“电报”翻译成上皮细胞能够理解的“语言”，并启动一系列基因表达程序，最终确立细胞的胃底身份。没有这位翻译官，即使指令送达，也无法被有效执行。

开启发育对话的新篇章

这项研究通过层层递进的巧妙实验，最终锁定并描绘了胃功能分区背后的关键机制。它告诉我们，器官的形成，远比我们想象的要复杂和协同。它不是单一谱系细胞的线性发育，而是一场跨越胚层界限的、充满动态对话的复杂工程。

“类胃囊”模型的建立，本身就是一项重大的技术突破。它为我们提供了一个前所未有的高保真平台，去观察和操纵人类早期胃发育的每一个细节。这不仅仅是一个“迷你胃”，更是一个浓缩了多组织互作和自组织过程的“微型发育窗口”。

更重要的是，这项工作揭示的“神经-上皮WNT信号轴”调控模式，可能具有更广泛的意义。在消化道的其他部分，甚至在其他器官的发育中，神经组织是否也扮演着类似的、超出传统认知的“模式化指导者”角色？这无疑为发育生物学领域提出了新的、激动人心的研究方向。

从应用的角度看，理解胃的正常发育机制，是攻克相关疾病的第一步。无论是先天性的胃发育畸形，还是成年后的胃癌（许多胃癌都表现出区域特征的丧失），都与发育程序的失调密切相关。这个新的“类胃囊”模型，将为这些疾病的机理研究、药物筛选和再生医学疗法的开发，提供一个强有力的工具。

生命的发育，本质上是一场关于交流的艺术。细胞与细胞之间，组织与组织之间，无时无刻不在交换着信息，协同行动，共同谱写着从一个受精卵到一个复杂生命体的宏伟史诗。而这项研究，正是让我们有幸得以一窥，在这部史诗的“胃之篇章”中，那段由神经组织发起、由WNT信号传递、最终塑造我们消化功能核心的、至关重要的对话。