通过激活 CFTR 促进早产儿肠道上皮功能成熟：开启肠道发育研究新征程

《Communications Biology》：Functional maturation of preterm intestinal epithelium through CFTR activation

为解决早产儿肠道上皮成熟受干扰，影响消化吸收功能的问题，研究人员开展了 “Functional maturation of preterm intestinal epithelium through CFTR activation” 的研究。结果发现间充质干细胞来源的细胞外囊泡（EVs），尤其是 EV39 可促进肠道成熟，且主要通过 CFTR 依赖机制。这为改善早产儿肠道功能提供了新方向。

　　在生命的奇妙旅程中，肠道就像一座精密的 “营养加工厂”，对人体健康起着至关重要的作用。对于嗷嗷待哺的婴儿来说，肠道的正常发育更是关乎成长的基石。然而，早产儿的肠道发育却面临着诸多挑战。由于出生过早，他们的肠道上皮成熟进程被打乱，消化和吸收功能受到严重影响，这不仅增加了胃肠道疾病的风险，还可能导致生长发育迟缓、神经发育障碍等一系列长期健康问题。

为了探寻改善早产儿肠道功能的有效方法，来自韩国浦项科技大学（Pohang University of Science and Technology）等机构的研究人员开展了一项深入研究，相关成果发表在《Communications Biology》杂志上。

研究人员为了开展此项研究，运用了多种关键技术方法。首先，整合分析公开数据库中从胎儿到成人阶段的单细胞 RNA 测序（scRNA-seq）数据集，获取不同阶段肠道细胞的基因表达信息；接着，利用早产儿回肠组织构建人类早产儿肠道模型；此外，通过蛋白质组学分析，鉴定细胞外囊泡（EVs）中的关键成分 。

下面来看具体的研究结果：

1. 人类小肠从胎儿到成人阶段的发育动态：整合 96 个样本的 scRNA-seq 数据，经质量控制和批次效应校正后，对小肠上皮细胞进行聚类分析，共鉴定出 10 种不同细胞类型。RNA 速度分析和分区图抽象（PAGA）发现胎儿和儿童 / 成人阶段肠上皮细胞从肠道干细胞（ISCs）到肠细胞的分化轨迹存在差异，且 BEST4⁺肠细胞在成人上皮细胞中与 ISCs 有特定连接，而胎儿阶段无此连接，表明其在肠道上皮成熟中可能有重要作用。
2. 胎儿和儿童 / 成人肠道发育中肠细胞分化轨迹的差异：构建发育轨迹图，发现胎儿和儿童 / 成人阶段肠细胞从 ISCs 出发的分化路径不同。通过分析差异表达基因，确定了胎儿和成人特异性肠细胞谱系基因，胎儿肠细胞主要与蛋白质稳定性和蛋白水解调控相关，成人肠细胞则与脂质运输和脂肪酸代谢有关。此外，成人型（II 型）肠细胞在代谢和功能能力上明显强于胎儿型（I 型）肠细胞。
3. 间充质干细胞衍生的细胞外囊泡在人类早产儿肠道上皮模型中诱导成人型肠细胞特征的富集：从人脐带华通氏胶间充质干细胞（MSCs）获取 EVs（EV39 和 EV42），处理早产儿肠道类器官。结果显示，EV39 可增加成熟 II 型肠细胞和 BEST4⁺肠细胞的比例，上调成人肠细胞标记基因，且在不同早产儿肠道类器官模型中效果一致，表明其能有效促进肠道上皮成熟。
4. 间充质干细胞衍生的细胞外囊泡在人类早产儿肠道上皮模型中诱导消化能力和营养吸收功能基因的富集：EV39 处理的类器官肠细胞成熟度评分更高，且上调了与脂质、固醇和胆固醇运输相关的基因。同时，EV39 还能调节消化酶基因和营养吸收相关基因的表达，增强上皮屏障功能，促进脂肪酸、氨基酸和无机溶质的吸收，对改善早产儿营养状况具有重要意义。
5. CFTR 依赖的成人型肠细胞特征在间充质干细胞衍生的 EV39 处理的人类早产儿肠道上皮模型中的富集：使用 CFTR 抑制剂处理 EV39 处理的模型，发现 CFTR 抑制可阻断 EV39 诱导的 BEST4⁺细胞标记物和部分功能基因的增加。而 CFTR 激活剂（如 forskolin）或 CFTR 调节剂（VX-770 和 VX-445）则能促进成人型肠细胞基因的表达，表明 CFTR 在 EV39 诱导的肠道上皮成熟中起关键作用。此外，研究还发现 CFTR 在不同肠道细胞类型中的表达存在差异，且在人类早产儿肠道上皮细胞中，CFTR 激活可促进细胞增殖，这与在小鼠成年肠道上皮中的作用不同。
6. 间充质干细胞衍生的 EV39 处理的人类早产儿肠道上皮模型中 TGFβ1 信号通路的富集：基因集富集分析（GSEA）显示，TGFβ1 信号通路在 EV39 处理的类器官中显著富集。蛋白质组学分析鉴定出 EV39 中富含 TGFβ1 和 FGF2 等配体，它们可诱导成人型肠细胞基因的表达，促进细胞增殖，且这些作用部分依赖于 CFTR。
7. 通过 EV39 或 TGFβ1 和 FGF2 在人类早产儿肠道上皮模型中依赖 CFTR 的功能性肠细胞成熟：研究发现，EV39 或 TGFβ1 和 FGF2 处理可增强上皮屏障完整性，促进脂肪酸摄取，且这些功能的实现依赖于 CFTR。通过检测荧光素异硫氰酸酯（FITC）- 葡聚糖的通透率、细胞连接蛋白和脂肪酸摄取标记物的表达，以及脂肪酸摄取实验，验证了上述结论。

综上所述，本研究通过整合 scRNA-seq 数据和人类早产儿肠道模型，深入揭示了肠道上皮成熟的分子机制。研究发现间充质干细胞来源的 EV39 可通过激活 CFTR，促进早产儿肠道上皮的功能成熟，TGFβ1 和 FGF2 是其中的关键介导因子。这一研究成果不仅为理解肠道发育提供了新视角，还为改善早产儿肠道功能、预防和治疗相关肠道疾病（如胎粪性肠梗阻、坏死性小肠结肠炎）提供了潜在的治疗策略，有望为早产儿的健康成长带来新的希望 。不过，该研究也存在一定局限性，样本来源相对有限，未来还需要更多研究加以验证和完善 。