背景：
直到最近几年，我们才开始认识到成纤维细胞在肠道发育、组织稳态和疾病中的作用。在此之前，单细胞转录组学的出现使研究者能够以前所未有的细节探索肠成纤维细胞的异质性。由于研究者通常根据他们研究的生物过程来定义细胞类型及其相关功能，因此对于不同的肠成纤维细胞群体，存在大量部分重叠的标记物。这种模糊性使将不同的研究结果置于语境中变得复杂。
简介：
2023年4月18日，来自瑞士苏黎世大学分子生命科学系的Michael David Brügger教授课题组在Trends in Cell Biology（IF: 21.1）杂志上发表题为“The diverse nature of intestinal fibroblasts in development, homeostasis, and disease”的文章[1]。在本文中，作者对小鼠和人类肠道成纤维细胞的功能和特性进行了综述。作者提出了一个由3个结肠和4个小肠成纤维细胞群组成的简化框架，以帮助导航肠道成纤维细胞的多样性。
主要结果：
成纤维细胞是肠道生物学的组成部分。
在肠道中，成纤维细胞是一种高度异质性的细胞类型，在发育、稳态和疾病过程中，成纤维细胞在肠道功能的许多不可或缺的过程中发挥关键作用。它们是固有层间充质的组成部分，而固有层间充质除了成纤维细胞外，还包括肌成纤维细胞、周细胞、平滑肌细胞和间充质干细胞。不同成分之间的分子差异以前已经在其他地方进行过综述。近年来，研究Wnt配体的上皮外来源主要集中在肠成纤维细胞。除此之外，关于肠道发育、内稳态和疾病的全组织单细胞转录组图谱已经产生。这些研究以前所未有的细节揭示了肠成纤维细胞的异质性。这些丰富的数据为阐明肠道成纤维细胞生物学的复杂性提供了很好的机会，包括如何划分单个肠道成纤维细胞群等挑战。目前用于描述各种肠道成纤维细胞群体的标志物具有高度多样性和部分重叠。两个关键的未决问题是:(i)有多少群体能充分代表样本组织?(ii)我们如何从一组差异表达基因中选择最合适的标记?
肠成纤维细胞的功能异质性。
上皮细胞命运决定的调节。
暴露于恶劣的环境(低pH值、微生物群)和腔内流动剪切力引起的持续磨损需要肠上皮大约每5 ~ 7天补充1次。在稳态中，这种高细胞更新是由位于小肠和结肠隐窝底部的Lgr5+ IESC驱动的。隐窝底部的IESC维持与隐窝顶部(结肠)和绒毛(小肠)的上皮分化之间的平衡是一个严格控制的过程，需要多种信号输入，如WNT、EGF、Notch和BMP。上皮细胞、成纤维细胞、淋巴内皮细胞(LEC)和神经胶质细胞是这些信号的来源。
间质模式和组织形态发生。
簇的形成依赖于上皮细胞分泌的Hedgehog (Hh)配体。Hh通路在成纤维细胞中的激活导致Gli2依赖的平面细胞极性(PCP)通路基因的激活。Fat4-Dchs1轴和核心-Vangl2 PCP轴都是簇形成所需要的。干扰这些通路会导致模式错误和绒毛融合缩短。此外，Pdgfrahigh成纤维细胞开始分泌PCP配体Wnt5a, Wnt5a作为成纤维细胞的化学吸引物，从而增强成簇的形成。
细胞外基质的产生和修饰。
肠ECM由两个不同的区室组成:(i)基底膜和(ii)间质基质。历史上，成纤维细胞被描述为在结缔组织中产生ECM的“梭形”细胞。因此，在发育和稳态过程中，肠成纤维细胞表达大量编码ECM蛋白的基因。事实上，ECM成分的时空差异表达已被描述为“器官内成纤维细胞异质性的主要驱动因素”。在小鼠结肠中，Pdgfralow CF可以根据非纤维胶原Col14a1和Col15a1的互斥表达进行细分。相比之下，Pdgfrahigh CTF表达构成基底膜的Col4a5和Col4a6型胶原。同样，在小鼠小肠中，VF和CF可以分别通过Lama5和Lama2的表达来区分。
肠成纤维细胞分类的简化框架。
基于转录本或蛋白质的标志物使我们能够得出关于特定肠道成纤维细胞群体生物学的结论。使用这些标记，我们可以在其空间组织环境中可视化单个成纤维细胞群，将其分离用于生化分析或体外培养，并在小鼠模型中对其进行遗传干扰。
在结肠中，主要的成纤维细胞群体在小鼠和人类之间是保守的，尽管在基因表达上有小的差异(例如，在人类结肠中，WNT2B不仅在CF中表达，而且在肌肉细胞中也表达)。大多数肠道疾病起源于结肠组织(炎症性疾病和CRC)。因此，我们的框架也应该具有翻译价值。目前仍缺乏高质量的人类小肠单细胞转录组数据集。然而，小鼠结肠和小肠中的肠成纤维细胞群非常相似。我们认为人类结肠和小肠中的成纤维细胞也是如此。
隐窝成纤维细胞（CF）的分类。
结肠隐窝成纤维细胞(cCF)位于结肠隐窝底部，由两个亚群(cCF1和cCF2)组成。这两个群体的标记是Pdgfralow、Cd34和Cd90表达。这两个cCF亚群可能反映了最近在跨器官单细胞转录组图谱中描述的两个通用成纤维细胞群。与此一致的是，cCF1表达Col15a1，而cCF2表达Pi16，这是两个各自通用的成纤维细胞群体的主要标志。cCF1表达经典WNT配体Wnt2和Wnt2b，以及各种WNT拮抗剂，包括Sfrp1和Frzb。因此，cCF1可能有助于为IESC塑造一个精确的利基。另外，cCF2被Cd81和Cd55表达标记。cCF2表达BMP拮抗剂Grem1和WNT增效剂Rspo3，这与它们支持IESC生态位的观点一致。此外，它们表达Igf1和Vegfd，因此作为LEC的生态位。cCF1和cCF2群体均表达Cd90，并通过表达PD-L1参与免疫细胞调节。
隐窝顶成纤维细胞（CTF）和绒毛成纤维细胞（VF）的分类。
在结肠中，CTF位于结肠隐窝的顶端。我们建议使用以下标记的组合来描述该细胞群:Pdgfrahigh, Tnc, Foxl1, Sox6和Cd201/Procr。它们很可能构成在胚胎形成和隐窝形成期间形成成纤维细胞簇的成纤维细胞的直接后代。CTF表达多种BMP配体(Bmp2、Bmp3、Bmp4、Bmp5、Bmp7)、EGF家族成员Nrg1和非经典WNT配体Wnt5a。据报道其主要功能是诱导上皮分化。
在小肠中，VF位于小肠绒毛。VF和CTF可能有几个共同的特征:它们的发育起源(绒毛形成过程中的成纤维细胞簇)，它们的大部分基因表达模式，以及它们被提出的功能。然而，VF的一个亚群位于小肠绒毛的末端，特异地表达Lgr5+和Adamts18+。这些VTF在淋巴系统和脉管系统的维持中起着至关重要的作用。此外，VTF诱导邻近上皮肠上皮细胞中绒毛尖端基因的表达。
结论和展望：
肠成纤维细胞在功能和特性上都具有高度异质性。提出的成纤维细胞群，3个结肠(cCF1、cCF2和CTF)和4个小肠(siCF1、siCF2、VF和VTF)，完全覆盖了已知的功能性成纤维细胞异质性谱。我们整合了目前最先进的技术，为这些主要的成纤维细胞群体推导出一套简化的、全面的标记。我们在此要强调的是，我们并没有声称所提出的框架描述了每一个肠成纤维细胞群体。事实上，很明显，这些群体中的大多数可能包括更高度专业化的亚群体，这应该进一步研究。
然而，我们简化的肠成纤维细胞分类框架提供了一种方法，将当前和未来的研究结果置于背景中，整合正交研究的知识，从而提高该领域的可重复性。提出的假设的有效性肯定会得到检验。未来的挑战主要在于完善这一分类，改进用于研究肠成纤维细胞的模型系统和实验技术，以及将我们现有的知识转化为治疗方法。
原文链接：https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0962-8924(23)00048-X
参考文献：
[1] Brügger MD, Basler K. The diverse nature of intestinal fibroblasts in development, homeostasis, and disease. Trends Cell Biol. 2023 Apr 18:S0962-8924(23)00048-X. doi: 10.1016/j.tcb.2023.03.007. Epub ahead of print. PMID: 37080817.
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