编者按

 自2009年Hans Clevers实验室首次从小鼠肠道干细胞中培养出肠道类器官以来，类器官技术经历了快速发展，在遗传疾病、传染病、癌症、再生医学和药物发现等相关领域中广泛应用，取得了多项标志性成果。肠道类器官虽然可以准确模拟多种上皮细胞亚型的分化和功能，但由于缺乏特定比例的免疫细胞组成，它们在生理/病理学研究的应用受到了限制。为了弥补这一缺陷，许多研究尝试将成人或诱导多能干细胞衍生的类器官与血液来源的免疫细胞共培养，但整合粘膜淋巴细胞的环节一直未能取得实质突破。目前，还没有能够在体外模拟包含完整成人免疫记忆特征的类器官模型。

今天，我们特别关注一项2024年8月14日由瑞士人类生物学研究所研究团队在Nature（IF=50.5）上发表的最新研究成果——“Human organoids with an autologous tissue-resident immune compartment”，该研究建立了一种上皮类器官与自体组织驻留记忆T（TRM）细胞结合肠道免疫类器官模型，揭示了肿瘤免疫治疗药物导致肠道炎症反应的机制，并找出了能缓解治疗相关炎症反应的潜在靶点。

文章题目

Human organoids with an autologous tissue-resident immune compartment

杂志：Nature（IF=50.5）

发表时间：2024.8.14

作者：Nikolche Gjorevski，J. Gray Camp，Lauriane Cabon等

单位：瑞士人类生物学研究所等

01、研究结果

1. IIOs模型的建立

研究人员成功构建了人类肠道免疫类器官 (IIOs)，该类器官包含自体组织驻留记忆 T 细胞 (TRM)，并模拟了肠道上皮细胞和免疫细胞之间的相互作用。

通过流式细胞技术和多重荧光免疫组化技术验证类器官的结构和细胞类型（图1）。类器官与TRM细胞或PBMCs在三维细胞外基质（ECM）中结合。共培养后，TRM细胞可以与上皮细胞紧密结合（图2，与PBMCs占据ECM空间且与上皮细胞没有明显相互作用不同），且TRM细胞的一个亚群在没有刺激的情况下可以浸润到上皮组织中，发生类似肠道上皮内淋巴细胞（IELs）的行为。统计结果显示，免疫细胞和上皮细胞的整合比例达到1：16，与健康人类肠道中的细胞分布比例高度相似。不仅如此，在低水平细胞因子培养条件下，IIO培养至少可以维持14天。

图1 IIO类器官模型的建立

2. IIOs与TCB相关的肠道炎症

肿瘤免疫治疗药物常在患者中引起激烈的非预期肠道炎症，导致治疗因药物无法增加到工作剂量而终止。为了寻找缓解治疗相关炎症反应的靶点，研究人员使用临床相关浓度的EpCAM靶向T细胞双特异性（TCB）分子处理IIO模拟免疫治疗过程（图2a），发现TCB可以剂量依赖性地诱导上皮细胞凋亡。TCB处理后，TRM细胞被激活并表达细胞毒性分子，如穿孔素和颗粒酶B。IIOs中TRM细胞的转录组动态与患者体内药物诱导的结肠炎相似，包括细胞毒性CD8+ T细胞的出现和调节性T细胞的减少。超过90%的响应细胞来自肠道TRM细胞亚群，而且炎症与一类具有细胞毒性的CD8+T细胞亚群有关，这种效应细胞亚群是受到IIO中的CD4+的TH1型细胞亚群产生的细胞因子调控而获得细胞毒性的，这与患者体内药物诱导的结肠炎表征相似（图2h-i）。

图2 IIOs复现TCB相关性肠道炎症表现

通过进一步时间序列扩散映射分析，研究人员解析了TCB介导的炎症背后的免疫动力学，并通过ROCK1/2抑制剂（Y-27632）阻断了IIO内的细胞运动。对一系列潜在靶标验证后发现，靶向Rho信号通路能显著的抑制免疫疗法相关肠道炎症。

TCB处理后，CD4+辅助性T细胞1 (TH1) 群体被激活并产生细胞因子，随后自身也转变为细胞毒性状态。TH1细胞通过分泌多种信号因子，如 IFNγ和TNF，来指导B细胞和CD8+ T细胞的激活和分化。TNF 阻断和 Rho 信号通路抑制剂可以有效地抑制TCB诱导的肠道炎症，表明这些通路是潜在的治疗靶点，IIO可用于体外肠道炎症研究。

图3 TCB介导IIO炎症的免疫动力学解析

02、编者点评

总体而言，本研究首次培养出具有自体组织驻留免疫区室的人类肠道类器官，并阐明了免疫疗法相关肠道炎症反应的分子机制，证明了其在模拟肠道炎症和评估药物毒性方面的潜力。

研究发现，TCB 处理后，TRM 细胞会被激活并导致上皮细胞凋亡，其转录组动态与患者体内药物诱导的结肠炎相似。进一步分析揭示了 TCB 诱导的炎症机制，并发现 TNF 阻断和 Rho 信号通路抑制剂可以有效地抑制 TCB 诱导的肠道炎症。IIOs 的开发为研究肠道免疫反应和开发新的治疗方法提供了新的工具，并有助于深入了解上皮来源器官和免疫系统之间的相互作用，可以用于研究自身免疫疾病和癌症等疾病的发生和发展机制。

作为健康美丽产业CRO服务开拓者与引领者、斑马鱼生物技术的全球领导者，环特生物搭建了“斑马鱼、类器官、哺乳动物、人体”四位一体的综合技术服务体系，开展健康美丽CRO服务、科研服务、智慧实验室搭建三大业务。目前，环特已开发出肠道类器官炎症性疾病模型及胃癌、脑类器官、心脏类器官等各种肿瘤类器官模型，并建立200多种斑马鱼模型，欢迎有需要的读者垂询！