小鼠三维类器官模型中静息水平基底干细胞作为嗅觉神经发生的生态位

该研究构建小鼠嗅上皮 3D 类器官模型，发现静息水平基底细胞（HBCs）虽不直接产生神经元，却为活跃干细胞（GBCs）形成关键神经发生生态位，为嗅觉功能障碍治疗及神经再生研究提供新工具与思路。

　　哺乳动物嗅上皮（OE）借助水平基底细胞（HBCs）和球形基底细胞（GBCs）维持终身神经再生能力，以保障嗅觉功能。然而，缺乏能保留其细胞和结构复杂性的强大体外模型，在一定程度上制约了对嗅觉神经发生机制的深入研究及嗅觉功能障碍治疗手段的开发。

研究建立了一种高度稳健且简便的成年小鼠嗅上皮三维类器官模型。该模型仅需标准的成年组织解剖，无需转基因动物或荧光激活细胞分选（FACS）纯化。在培养过程中，类器官能够重现成年神经发生过程，生成表达嗅觉感知所需全部成分的未成熟嗅觉感觉神经元（iOSNs），这些神经元已处于即将成熟为 OMP⁺嗅觉感觉神经元（mOSNs）的阶段。与完全悬浮培养的标准类器官不同，该模型中的类器官完全附着于生长基质，可在原位形成轴突投射。

通过对类器官的表征分析发现，其包含类似 HBCs（KRT5⁺/SOX2⁺）的细胞，这些细胞与上游类似 GBCs（KRT5^-/SOX2⁺）的细胞紧密相连，还存在神经元定向 / 产生神经元的下游 NEUROD1⁺类似 GBCs（KRT5^-/SOX2⁺/NEUROD1⁺）以及未成熟 OSN（iOSN）样细胞（KRT5^-/SOX2^-/Tuj⁺/GAP43⁺/UCHL1⁺）。单细胞 RNA 测序进一步证实，类器官中的细胞重现了嗅上皮中成年神经发生的逐步路径，即活跃分裂的 Sox2⁺、Ki67⁺多能干细胞 GBC 群体，过渡到神经元特异性 Ascl1⁺GBCs，再进化为 Neurod1⁺神经元祖细胞 GBCs，最终形成 Gap43⁺iOSN。

研究还对类器官培养进行了优化。尝试利用损伤的嗅上皮或青春期嗅上皮作为起始材料，以提高类器官生成效率。通过腹腔注射甲巯咪唑损伤嗅上皮，发现损伤后 4-5 天收获的嗅上皮培养时能产生更多 Tuj1⁺OSNs；而使用 3 周龄供体小鼠时，其生成的 Tuj1⁺OSNs 显著多于 24 或 52 周龄供体小鼠，6 周及以上则无显著差异。

通过谱系追踪实验发现，HBCs 在类器官中保持静息状态，不会分化为神经元细胞，始终维持 HBCs 状态，这与体内稳态下的行为一致。尽管如此，HBCs 在大多数类器官中持续存在，提示其可能作为生态位发挥作用。进一步的重组实验表明，HBCs 通过细胞接触和分泌可溶性因子两种方式，为 GBCs 提供神经发生所需的生态位，支持 GBCs 的存活、维持和神经元分化。例如，ASCL1⁺GBCs 单独培养时仅能产生少量 Tuj1⁺OSNs，而与 HBCs 共培养时则能产生更多神经元；使用 Transwell 系统分隔细胞时，HBCs 分泌的可溶性因子可部分挽救 GBCs 的分化和存活，但无法完全替代直接接触的作用。

通过计算机模拟 HBC-GBC 干细胞生态位，利用已有的单细胞 RNA 测序数据集，结合 LIANA + 分析，预测 HBCs 和 GBCs 之间存在多种相互作用，包括 Notch、Wnt、Semaphorin 和 Neuregulin 通路等。其中，Midkine-Syndecan4、Semaphorin3d-Neuropilin2/PlexinA3 和 Kitl-Kit 是最显著且高表达的信号对，这些信号可能在调节神经祖细胞和成年神经发生中发挥重要作用。

该类器官模型为研究嗅上皮神经发生干细胞动力学和神经发生提供了有力工具，有助于深入理解 HBCs 和 GBCs 之间的复杂关系，为开发嗅觉功能障碍的治疗方法以及探索成年神经再生机制奠定了基础。未来，若能将该模型扩展至人类组织，有望在毒性测试、疾病建模、衰老研究和治疗测试等领域发挥重要作用。