浅谈如何用类器官技术助力生命科学研究！
2020-12-23 来源:本站 点击次数:1488 |
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类器官(organoids)是将具有干性潜能的细胞在体外进行3D培养，从而形成相应器官的类似组织，并具有自我更新和自我组织能力，它能够高度模拟其来源组织的生理结构和功能特点，并命名为“类器官(Organoid)”。该项技术于2009年由荷兰科学家Hans Clevers团队开发，在2013年science杂志评价类器官技术为年度十大科学进展之一，2017年类器官技术被nature method杂志评为年度十大技术突破之一，2019年类器官获science隆重推荐，并登上了《科学》杂志的封面！2019年9月荷兰科学家Hans Clevers因类器官研究的开创性工作，获得素有“诺贝尔奖风向标”之称的引文桂冠奖，预示着类器官技术有望在未来问鼎更大的奖项。到2020年7月Pubmed能检索到的类器官文献已超过万篇，类器官之火已经燃遍整个生物圈，看着大家都在用类器官技术发文章，此时科研汪们都在感叹好文章(高分)都是别人的，我怎么用类器官技术发好文章呢？小编也一直在关注着类器官文章，CNS文章咱看不懂，也够不着，退而求其次找了一篇发表在Gut(IF:19.819)上的文章“Interleukin-22 orchestrates a pathological endoplasmic reticulum stress response transcriptional programme in colonic epithelial cells”作者基于在溃疡性结肠炎(ulcerative colitis)和克罗恩病(Crohn’s disease)人的血清中检测到IL-22的高表达这一现象，研究IL-22在这类疾病中的致病机制，该文章利用结肠类器官模型，验证了IL-22介导了结肠上皮细胞中病理性内质网应激反应转录程序，整个文章的构架分为四部分，第一部分利用构建的结肠类器官进行转录组本测序分析，找出差异表达基因，第二部分利用基因敲除小鼠进行现象验证，第三部分结合临床样本进行验证分析，第四部分做相关机制研究(该文中涉及很少，如果阐明机制就是CNS级别文章了)。小编带大家一起来具体看看吧！ ※ 第一部分 ◆ 通过类器官模型验证了IL-22可以诱导结肠内质网(ER)应激反应
作者首先通过生物信息学的方法分析了IL-22处理后的结肠类器官，发现内质网应激相关的基因表达显著上调，然后在通过qPCR进一步验证了这些相关基因，然后用内质网应激诱导剂衣霉素（Tunicamycin）和IL-22同时处理了结肠类器官，发现IL-22可以增强衣霉素诱导的内质网应激反应。由于在炎症性肠病中IL-22和IL-17A通常同时检测到，因此作者又分析了IL-17A在这个体系中的作用，发现IL-17A可以协同作用增强内质网应激反应。
 ◆ IL-17A增强IL-22诱导的内质网（ER）应激反应，促进肠道上皮细胞凋亡。
通过对两组基因测序结果分析，发现IL-22促进了凋亡相关基因的表达，作者在体内实验中对该结果进行了进一步验证，由于单独的IL-22很难在短时间内检测到组织样本的变化，所以作者给小鼠注射TNF-α来诱导凋亡模型，发现了注射IL-22和同时注射IL-22与IL-17A的这两组都加速了凋亡进程。
 ※ 第二部分 ◆ 通过基因缺陷小鼠进行体内实验，进一步验证IL22/ER stress在结肠炎中很重要，IL-22是ER Stress重要的启动者。
为了做体内验证实验，作者做了两种基因敲除小鼠，一种是Tbx21-/- Rag2-/- (TRUC)双敲小鼠，可以自发诱导炎症性小肠。另一种是在TRUC小鼠基础上进一步敲除IL-22,构建了Tbx21-/- Rag2-/-IL22-/-(TRUC IL22-/-)小鼠，通过对TRUC小鼠的结肠样本测序分析发现其上调表达的基因与IL-22处理的结肠类器官样本结果相符，内质网应激蛋白Grp78、Xbp1表达上调，在TRUC小鼠上用内质网应激抑制剂（4-PBA）和IL-22的抗体处理后，结肠炎症状明显减轻，在IL-22敲除的TRUCxiaoshu（TRUC IL22-/-）中，其结肠炎评分降低，内质网应激蛋白表达也下调。
 ※ 第三部分 ◆ IBD患者结肠中IL-22反应性转录产物增加，并与粘膜损伤的生物标志物和严重程度相关。 动物体内结果验证后，作者进行了临床样本的分析，在两组克罗恩病临床样本中，病人血清中的IL-22表达普遍上升，且IL-22的表达量与疾病进展的生物标志物(钙卫蛋白和乳铁蛋白)以及肠镜评分(SES-CD)相关，用IL-22的应答转录本可以对肠镜评分进行预测。
 ※ 第四部分 ◆ 活动性结肠炎中上皮细胞特异性内质网应激驱动转录程序增加，并与IL-22相关。 作者首先定义了一个内质网应激GSVA富集评分，发现在活动性结肠炎中分数升高，并且评分与疾病进展的生物标志物以及IL-22的表达量密切相关。
 ◆ 阻断IL-23/IL-22轴，可逆转克罗恩病患者结肠上皮细胞的内质网应激反应。
最后作者做了相关的阻断实验，由于IL-23是直接调控IL-22分泌，因此作用分析了应用ustekinumab(针对IL-23的单抗，一种用于治疗克罗恩病的抗体药物)治疗的病人样本测序数据进行了分析，发现用单抗治疗后其内质网应激基因XBP1和GRP78表达下调，同时内质网应激GSVA富集评分降低。
 整篇文章是结合了类器官技术发现现象，然后通过基因敲除小鼠进行验证，接着与临床样本测序数据进行衔接，最后通过临床抗体药物数据验证，这篇文章很好的将类器官，动物实验，临床数据进行了整合衔接，美中不足是对机制的研究欠缺。文章最后总结出IL-22介导了结肠上皮细胞的内质网应激反应，靶向IL-22相关通路以缓解内质网应激或是治疗IBD的潜在策略。
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