Mist1调控潘氏细胞分泌功能促进电离辐射后肠道干细胞微环境重建的作用与机制研究

Paneth cells (PC) are specialized terminally differentiated intestinal epithelial cells, which are located at the base of crypt of Lieberkuhn's glands and have great and active secretion capacity. However, it remains unclear that how PC change their secretion level and contribute to the regeneration of ISC niche after radiation exposure. Mist1 is the most important transcriptional factor (TF) which regulates the secretion activity of gastrointestinal exocrine epithelial cells. Our existed data show that PC are the only epithelial cell lineage in crypt with Mist1 expression. When Mist1 is knocked out, PC exhibit a significant loss of secretion vesicles in apical surface. According to these discoveries, we hypothesize that regulating Mist1 expression of PC can promote the reconstituion of microenvironment of ISC after radiation exposure. We will employ a series of Mist1 transgenic mouse lines, FACS and enteroid culture to validate this hypothesis. The results would provide us further understanding of the contribution of PC to both physicological and pathological ISC microenvironment, and facilitate the exploration of new therapeutic targets for the treatment of patients with gastrointestinal injury after radiation exposure.

潘氏细胞是一类位于小肠隐窝底部，具有旺盛分泌能力的终末分化肠上皮细胞，是肠道干细胞微环境的重要组成部分。目前对电离辐射损伤后潘氏细胞调控其分泌活性并促进肠道干细胞微环境重建的作用机制尚无明确结论。以往研究报道Mist1是调控消化腺上皮细胞分泌活性最重要的转录因子，我们在前期研究中发现肠隐窝内潘氏细胞可特异性表达Mist1，且敲除Mist1后潘氏细胞的分泌能力显著下降，据此我们提出Mist1可以通过调控潘氏细胞的分泌能力促进电离辐射后肠道干细胞微环境重建这一作用机制。本课题将运用多种Mist1基因工程小鼠、流式分选和肠类器官体培养等技术方法来研究这一作用机制中的具体调控环节。本课题的研究结果将有助于深入认识潘氏细胞对正常和辐照损伤后肠道干细胞微环境的调控作用，为发现胃肠道放射损伤救治的新靶点提供理论及实验基础。

潘氏细胞是肠隐窝中唯一类型的终末分化上皮细胞，其不仅能够分泌防御素调控肠粘膜免疫，同时还可分泌多种生长因子从而调控肠道干细胞稳态和再生修复过程。潘氏细胞对肠道干细胞的调控作用是近来肠干细胞微环境研究领域的热点。前期研究发现Mist1基因能够调控胃酶细胞、胰腺导管上皮细胞和腮腺上皮细胞的分泌功能，但其对潘氏细胞的调控作用尚无报道，因此本项目系统研究了调控Mist1基因对潘氏细胞形态和功能以及放射损伤后肠道干细胞微环境再生修复的影响。通过本课题的一系列研究工作，我们主要取得了如下发现: (1)敲除Mist1基因引起小肠潘氏细胞中分泌颗粒显著减少，颗粒直径明显变小; (2)敲除Mist1基因可导致肠干细胞活性降低，主要表现为Lgr5+/BrdU+活跃肠干细胞数量显著减少，肠隐窝形成类器官能力显著下降; (3)敲除Mist1基因导致小肠当中肠道菌群组成发生明显改变; (4)敲除Mist1基因导致小鼠肠道对放射损伤更加敏感，肠道再生修复速度减缓; (5)敲除Mist1基因可导致小鼠造血功能紊乱，外周血中血小板、红细胞和血红蛋白含量均显著高于对照组，8Gy全身照射后小鼠存活时间和存活比例均显著降低; (6)通过谱系示踪实验，我们发现在骨髓和肝脏中均存在Mist1阳性细胞，为研究Mist1基因在造血调控和肝脏代谢及再生中的作用提供了实验依据; (7)发现了一种能够通过靶向潘氏细胞缓解肠道放射损伤的新型小分子探针。在本项目的资助下，课题组已发表论文10篇。综上所述，本项目发现Mist1基因对于维持潘氏细胞正常的分泌功能具有重要作用，敲除Mist1基因可导致电离辐射后肠道干细胞再生修复能力下降，本课题为进一步阐明放射损伤后肠道干细胞微环境重建的调控机制提供了实验依据。