編者按
自2009年Hans Clevers實驗室首次從小鼠腸道干細胞中培養出腸道類器官以來，類器官技術經歷了快速發展，在遺傳疾病、傳染病、癌癥、再生醫學和藥物發現等相關領域中廣泛應用，取得了多項標志性成果。腸道類器官雖然可以準確模擬多種上皮細胞亞型的分化和功能，但由于缺乏特定比例的免疫細胞組成，它們在生理/病理學研究的應用受到了限制。為了彌補這一缺陷，許多研究嘗試將成人或誘導多能干細胞衍生的類器官與血液來源的免疫細胞共培養，但整合粘膜淋巴細胞的環節一直未能取得實質突破。目前，還沒有能夠在體外模擬包含完整成人免疫記憶特征的類器官模型。
今天，我們特別關注一項2024年8月14日由瑞士人類生物學研究所研究團隊在Nature（IF=50.5）上發表的最新研究成果——“Human organoids with an autologous tissue-resident immune compartment”，該研究建立了一種上皮類器官與自體組織駐留記憶T（TRM）細胞結合腸道免疫類器官模型，揭示了腫瘤免疫治療藥物導致腸道炎癥反應的機制，并找出了能緩解治療相關炎癥反應的潛在靶點。
文章題目
Human organoids with an autologous tissue-resident immune compartment
雜志：Nature（IF=50.5）
發表時間：2024.8.14
作者：Nikolche Gjorevski，J. Gray Camp，Lauriane Cabon等
單位：瑞士人類生物學研究所等
01、研究結果
1. IIOs模型的建立
研究人員成功構建了人類腸道免疫類器官 (IIOs)，該類器官包含自體組織駐留記憶 T 細胞 (TRM)，并模擬了腸道上皮細胞和免疫細胞之間的相互作用。
通過流式細胞技術和多重熒光免疫組化技術驗證類器官的結構和細胞類型（圖1）。類器官與TRM細胞或PBMCs在三維細胞外基質（ECM）中結合。共培養后，TRM細胞可以與上皮細胞緊密結合（圖2，與PBMCs占據ECM空間且與上皮細胞沒有明顯相互作用不同），且TRM細胞的一個亞群在沒有刺激的情況下可以浸潤到上皮組織中，發生類似腸道上皮內淋巴細胞（IELs）的行為。統計結果顯示，免疫細胞和上皮細胞的整合比例達到1：16，與健康人類腸道中的細胞分布比例高度相似。不僅如此，在低水平細胞因子培養條件下，IIO培養至少可以維持14天。
圖1 IIO類器官模型的建立
2. IIOs與TCB相關的腸道炎癥
腫瘤免疫治療藥物常在患者中引起激烈的非預期腸道炎癥，導致治療因藥物無法增加到工作劑量而終止。為了尋找緩解治療相關炎癥反應的靶點，研究人員使用臨床相關濃度的EpCAM靶向T細胞雙特異性（TCB）分子處理IIO模擬免疫治療過程（圖2a），發現TCB可以劑量依賴性地誘導上皮細胞凋亡。TCB處理后，TRM細胞被激活并表達細胞毒性分子，如穿孔素和顆粒酶B。IIOs中TRM細胞的轉錄組動態與患者體內藥物誘導的結腸炎相似，包括細胞毒性CD8+ T細胞的出現和調節性T細胞的減少。超過90%的響應細胞來自腸道TRM細胞亞群，而且炎癥與一類具有細胞毒性的CD8+T細胞亞群有關，這種效應細胞亞群是受到IIO中的CD4+的TH1型細胞亞群產生的細胞因子調控而獲得細胞毒性的，這與患者體內藥物誘導的結腸炎表征相似（圖2h-i）。
圖2 IIOs復現TCB相關性腸道炎癥表現
通過進一步時間序列擴散映射分析，研究人員解析了TCB介導的炎癥背后的免疫動力學，并通過ROCK1/2抑制劑（Y-27632）阻斷了IIO內的細胞運動。對一系列潛在靶標驗證后發現，靶向Rho信號通路能顯著的抑制免疫療法相關腸道炎癥。
TCB處理后，CD4+輔助性T細胞1 (TH1) 群體被激活并產生細胞因子，隨后自身也轉變為細胞毒性狀態。TH1細胞通過分泌多種信號因子，如 IFNγ和TNF，來指導B細胞和CD8+ T細胞的激活和分化。TNF 阻斷和 Rho 信號通路抑制劑可以有效地抑制TCB誘導的腸道炎癥，表明這些通路是潛在的治療靶點，IIO可用于體外腸道炎癥研究。
圖3 TCB介導IIO炎癥的免疫動力學解析
02、編者點評
總體而言，本研究首次培養出具有自體組織駐留免疫區室的人類腸道類器官，并闡明了免疫療法相關腸道炎癥反應的分子機制，證明了其在模擬腸道炎癥和評估藥物毒性方面的潛力。
研究發現，TCB 處理后，TRM 細胞會被激活并導致上皮細胞凋亡，其轉錄組動態與患者體內藥物誘導的結腸炎相似。進一步分析揭示了 TCB 誘導的炎癥機制，并發現 TNF 阻斷和 Rho 信號通路抑制劑可以有效地抑制 TCB 誘導的腸道炎癥。IIOs 的開發為研究腸道免疫反應和開發新的治療方法提供了新的工具，并有助于深入了解上皮來源器官和免疫系統之間的相互作用，可以用于研究自身免疫疾病和癌癥等疾病的發生和發展機制。
作為健康美麗產業CRO服務開拓者與引領者、斑馬魚生物技術的全球領導者，環特生物搭建了“斑馬魚、類器官、哺乳動物、人體”四位一體的綜合技術服務體系，開展健康美麗CRO服務、科研服務、智慧實驗室搭建三大業務。目前，環特已開發出腸道類器官炎癥性疾病模型及胃癌、腦類器官、心臟類器官等各種腫瘤類器官模型，并建立200多種斑馬魚模型，歡迎有需要的讀者垂詢！