IF50.5｜hPSC衍生硝能神经元移植改善小鼠肠道运动障碍

干细胞分化出肠道硝能神经元，移植后成功整合并恢复Nos1缺失小鼠的肠道运动功能。

这篇按生信解读号的读法拆：先看背景和问题，再看作者怎么做、做出了哪几条硬发现，最后把数据和代码收走。

研究背景

胃肠动力障碍如贲门失弛缓症、胃轻瘫、慢性便秘等严重影响患者生活质量，但有效治疗手段有限。这些疾病常与肠神经系统（ENS）中抑制性一氧化氮（NO）能神经元（硝能神经元）的丢失或功能障碍有关。硝能神经元通过释放NO松弛平滑肌，是调控肠道蠕动的关键。然而，由于人类ENS组织获取困难、细胞数量稀少且体外难以维持功能，对硝能神经元的研究长期受限。人多能干细胞（hPSC）定向分化技术为在体外大量获得功能性肠神经元提供了可能，但此前尚缺乏高效生成硝能神经元并验证其治疗潜力的系统。

科学问题

卡在哪里： 已有研究成功将hPSC分化为肠神经嵴细胞（ENCC）并用于Hirschsprung病模型移植，但ENCC是前体细胞，移植后需在体内进一步分化，且存在致瘤风险。此外，尚无研究系统性地从hPSC获得高纯度、功能成熟的硝能神经元，并验证其在成年型胃肠动力障碍中的治疗效果。

本文要回答： 建立可扩展的hPSC来源肠神经系统（ENS）分化平台，解析硝能神经元特化的分子机制，筛选调控其活性的药物，并评估移植硝能神经元对肠道运动障碍的治疗潜力。

技术路线

作者主要用了：单细胞/核RNA测序、CRISPR-Cas9基因编辑、流式分选、高通量药物筛选、离体结肠运动分析。

作者首先利用已建立的hPSC向肠神经嵴细胞（ENCC）分化方案，进一步优化2D和3D培养条件，获得含多种神经元亚型的肠神经节类器官（ganglioids）。通过单核RNA测序（snRNA-seq）全面解析其细胞组成，并与已发表的人类原代ENS数据比对，验证模型的分子保真度。随后，利用NOS1-GFP报告细胞系和cFOS活性标记，开展高通量小分子筛选，寻找调控硝能神经元活性和分化的化合物。最后，将富集硝能神经元的ganglioids移植到Nos1基因敲除小鼠结肠，评估其整合能力和对肠道运动的改善效果。

图 1　Fig. 1。图1展示hPSC向肠神经节类器官的分化流程及细胞特征。a为分化方案示意图；b显示2D和3D培养中TUBB3+神经元比例均>80%；c免疫荧光显示多种神经递质标记（5-HT、CHAT、GABA、NOS1）阳性细胞；d-f单核RNA测序UMAP展示神经元、前体、胶质等细胞群，并与原代人类ENS数据比对；g-j显示cFOS表达随分化成熟增加，光遗传刺激可提高放电频率。

核心亮点

亮点 1｜移植硝能神经元改善Nos1缺失小鼠肠道运动

将PP121富集的ganglioids移植到免疫抑制的Nos1−/−小鼠远端结肠壁，8周后检测到大量人源细胞（SC121+）沿结肠迁移并整合入肌间神经丛。与移植普通ganglioids相比，富集组中人源硝能神经元（SC121+HuC/D+NOS1+）比例更高。功能上，富集组小鼠全胃肠道转运时间显著缩短，离体结肠肌条对电刺激的松弛反应增强，且松弛幅度与移植细胞整合程度正相关。这些结果表明移植的硝能神经元能在体内存活、整合并恢复抑制性神经调控。

图 2　Fig. 2。图2聚焦硝能神经元亚型和药物筛选。a-b为ganglioids中NO神经元UMAP及亚型；c-d显示NOS1表达和NO合成基因模块评分；e-h为原代人类ENS中NO神经元亚型；i-j为ganglioids与原代亚型的相似性分析；k-n为cFOS和NO释放筛选流程及靶点分类；o-r为候选药物在离体结肠运动实验中的效果，右美托咪定缩短CMMC间隔。

补充图

图 3　Fig. 3。图3展示PDGFR抑制剂PP121富集硝能神经元的机制。a-b为高通量小分子筛选流程及命中化合物；c-d显示PP121处理时间窗对NOS1-GFP诱导效率的影响，第15-20天处理最佳；e-f为流式分选后RNA-seq证实PP121不改变硝能神经元转录身份；g-h为单核RNA测序显示PP121处理后硝能神经元亚型比例变化；i-k为PDGF信号激动剂/抑制剂及CRISPR敲除实验，证实PDGFR抑制促进硝能分化。

图 4　Fig. 4。图4展示ganglioids移植到Nos1−/−小鼠结肠后的整合和功能恢复。a为移植示意图；b-c显示SC121+人源细胞沿结肠迁移分布；d-e为移植组织中硝能神经元比例，富集组更高；f为全胃肠道转运时间，富集组显著缩短；g-k为离体结肠肌条电刺激诱导的松弛反应，移植组松弛增强且与整合程度相关。

生信可带走

这一块是给做分析的人用的，不是科普点缀。

• 方法栈： 单细胞/核RNA测序、CRISPR-Cas9基因编辑、流式分选、高通量药物筛选、离体结肠运动分析
• 公开数据： 原文未给出公开组学登录号
• 代码： 原文未给出公开 GitHub/GitLab 仓库
• 谁该点开原文： 从事干细胞分化、肠神经生物学、药物筛选或再生医学研究的科研人员。

带走一句

从hPSC高效分化功能性肠神经元并解析亚型特化机制，为肠神经病提供了可扩展的模型和细胞治疗新路径。