GFHDT: RANK 驅動妊娠期間有組織的腸道上皮擴張
RANK 驅動妊娠期間有組織的腸道上皮擴張
23 Jan 2026 at 04:46am
在繁殖過程中，包括昆蟲和所有哺乳動物在內的多個物種都會經歷廣泛的生理和形態適應，以確保母親和後代的健康和生存。 本報告指出，哺乳動物在妊娠和哺乳期間，腸道上皮會發生擴張。 這種腸道表面積的增大導致了新型擴展絨毛的幾何結構。 通過體內實驗和小鼠及人類腸道類器官的研究，鑒定出受體啟動劑核因數-κB（RANK，由_TNFRSF11A_編碼）及其配體RANKL是這一小腸絨毛擴展的分子途徑。 從機制上講，RANKaRANKL保護腸上皮細胞免於細胞死亡，並通過BMP受體信號控制腸幹細胞生態位，從而導致絨毛伸長和腸道表面積顯著增加。 作為跨代後果，缺乏腸道上皮中_Rank_的雌性小鼠所生的嬰兒體重減輕，並在代謝應激后發展出葡萄糖不耐症。 雖然妊娠/哺乳期間的腸上皮重塑是可逆的，但構成性表達活性形式的RANK足以驅動腸道擴張，隨後絨毛和幹細胞丟失，並防止_Apc_min_驅動的小腸幹細胞腫瘤的形成。 這些數據確定了RANKaRANKL是驅動妊娠/哺乳期間腸道上皮擴張的途徑，這是哺乳動物生命史和進化中最隱秘和最根本的組織重塑事件之一。
RANKaRANKL 控制腸道類器官的擴張
我們評估了腸道中的RANK表達。 RANK存在於幾乎所有的腸道上皮細胞表面，包括分化的腸細胞和幹細胞，但位於絨毛頂端的上皮細胞除外（圖1a和擴展數據圖1a）。 為了直接測試RANK在腸道上皮中的功能作用，我們將小鼠腸道類器官暴露於RANKL。 用RANKL刺激空腸類器官可增強其生長; 然而，在大約第3天，類器官芽的數量減少，我們觀察到異常的芽伸長（圖1b和擴展數據圖1b，c）。 類器官可以無限期傳代，因為它們含有與芽數量相關的功能性幹細胞。 RANKL刺激導致類器官的傳代能力顯著下降，完全無法維持超過3次傳代，這取決於RANKL的劑量（擴展數據圖1d，e）。 我們證明RANKL處理導致CD44+細胞初始擴張，隨後_Lgr5_-eGFP+CD44+和OLFM4+幹細胞顯著減少（圖1c，d和擴展數據圖1fah），這為傳代能力受損提供了細胞學相關性。 RANKL驅動的變化可以在雄性和雌性小鼠的腸道類器官中觀察到。 RANK啟動小鼠腸道類器官導致早期生長刺激，隨後幹細胞耗盡和/或終末分化增強。
基因表達譜分析
我們使用批量RNA測序（RNA-seq）進行了基因表達譜分析。 RANK刺激小腸類器官導致NF-κB通路啟動和多個抗凋亡基因的誘導（擴展數據圖2aac）。 它還導致BMP和MAPK/ERK通路上調（擴展數據圖2d，e）。 使用定量PCR（qPCR）證實了RANK依賴性誘導BMP通路，特別是_Bmp2_及其下游基因_Id2_和_Id3_，以及抗凋亡基因如_Birc2_、Birc3、Tnfaip3_和_Bcl2l1（擴展數據圖2f，g）。 相比之下，RANKL處理抑制了幹細胞特徵基因_Lgr5_、Smoc2、Ephb2_或_Axin2_的表達。 值得注意的是，一些祖細胞標誌物如_Scn2b、_Ascl2_或_Cd44_的表達被RANK刺激誘導（擴展數據圖2f，g）。 單細胞RNA測序（scRNA-seq）分析表明，對照組和RANK刺激的小鼠類器官分為九個不同的上皮群體22。 RANK刺激后，我們觀察到一個額外的群體構成M細胞（擴展數據圖3a，b），正如之前報導的那樣22,23。 在對照類器官中，RankmRNA主要在祖細胞群體中表達（擴展數據圖3c），結合我們的蛋白質表達數據，這表明RANK在腸道祖細胞中轉錄，並在分化的腸道上皮中維持RANK蛋白。 在幹細胞、過渡擴增（TA）細胞和吸收性腸細胞系中檢測到抗凋亡基因的誘導（圖1e和擴展數據圖3d）。 RANKL處理的類器官在輻射損傷后的存活率增強（圖1f）。 BMP2的顯著上調主要在未成熟的和成熟的腸細胞祖細胞中觀察到，但在迴圈幹細胞中也發現低水平表達; BMP2調控的靶基因_Id2_和_Id3_在幹細胞、TA細胞和吸收性腸細胞中顯著誘導（圖1g和擴展數據圖3e）。 此外，類似於批量RNA-seq，我們在這些腸道細胞群體中觀察到NF-κB啟動和MAPK/ERK通路啟動增加，但腸內分泌細胞、潘氏細胞和毛細胞除外（擴展數據圖3f，g）。
持續啟動RANK的體內效應
為了研究持續RANK啟動是否會導致體內腸道幹細胞耗盡，我們生成了一種轉基因小鼠系，該小鼠系在腸夜色春藥網官網夜色春藥網線上網店夜色春藥熱銷商品推薦關於夜色春藥網夜色春藥網獨家資訊夜色春藥網半價購買夜色春藥網配送方式夜色春藥網全部商品夜色春藥網必買商品夜色春藥網LINE直購夜色春藥網折扣活動
道上皮中條件性表達一種組成性啟動的RANK突變體（Rosa26-LSL-caRANK），使用_Villin1_啟動子驅動的Cre（Villin1-cre）（以下簡稱_caRANK_vil-Tg小鼠）（擴展數據圖5a，b）。 這種人類RANK細胞質區域（氨基酸240）的啟動突變最近在一名惡性淋巴瘤患者中被發現29。 _caRANK_vil-Tg小鼠出生時外觀正常，直到斷奶年齡前生長正常。 3周齡時，_caRANK_vil-Tg小鼠表現出小腸絨毛顯著擴張; 3D重建顯示絨毛長度增加，絨毛體積和表面積擴大（圖2a和擴展數據圖5c）。 免疫染色顯示3周齡_caRANK_vil-Tg小鼠絨毛中的細胞凋亡減少（擴展數據圖5d，e）。 3周齡時，體內磷酸化組蛋白H3標記的隱窩細胞的增殖似乎正常（擴展數據圖5f，g）。 從斷奶年齡開始，_caRANK_vil-Tg小鼠逐漸失去體重，由於體重過度減輕而需要安樂死（擴展數據圖5h）。 在較老的_caRANK_vil-Tg小鼠中，我們觀察到OLFM4+腸幹細胞數量減少（圖2b和擴展數據圖5i）。 因此，較老的_caRANK_vil-Tg小鼠表現出隱窩細胞顯著增殖能力下降（擴展數據圖5f，g），並且如預期的那樣，絨毛縮短，這些小鼠的隱窩和絨毛數量減少（圖2c和擴展數據圖5jal）。 我們的體外持續RANKaRANKL激活觀察結果的表型複製表明，腸道上皮中表達組成性啟動形式的RANK首先導致絨毛擴張，隨後導致幹細胞丟失、絨毛結構改變和小鼠過早死亡。
RANK 在生殖中的作用
為了評估RANK驅動絨毛擴張的生理作用，我們生成了腸道上彼特異性_Rank_敲除小鼠（_Rank__vil_小鼠）33。 _Rank__vil_小鼠中腸道RANK表達被消除（圖1a和擴展數據圖1a和7a，b）。 值得注意的是，我們在乳腺組織中未觀察到Cre表達; 此外，_Rank__vil_小鼠在妊娠和哺乳期間表現出正常的乳腺組織擴張（擴展數據圖7c，d）。 _Rank_敲除的初產小鼠（nulliparous _Rank__vil_小鼠）的絨毛形態未受影響（圖3a和擴展數據圖7e）。 分化的絨毛上皮細胞凋亡數量、OLFM4+腸幹細胞數量和幹細胞分裂也未發生變化（圖3b和擴展數據圖7faj）。 體外腸道類器官形成在_Rank__vil_小鼠和_Rank_野生型小鼠（_Rank_WT_小鼠）之間相似，且來自_Rank__vil_小鼠的類器官可以在RANKL存在下傳代（擴展數據圖7k，l）。 因此，腸道上皮細胞中RANK的失活不會破壞腸道幹細胞穩態。
RANKaRANKL 控制妊娠和哺乳期間的腸道絨毛擴張
我們接下來研究了RANKaRANKL系統在腸道中的生理功能。 據報導，在妊娠和哺乳期間，腸道會適應增加的營養需求，以支持多種物種的生存34,35。 儘管這是所有哺乳動物和許多非哺乳動物物種中最基本的適應之一4,5，但從未鑒定出驅動這一擴張的分子信號。 此外，關於哺乳動物妊娠期間腸道增大的研究非常少，有時甚至出現相反的結果36,37,38。 因此，我們在野生型和_Rank__vil_小鼠中重複了數十年前的實驗。 我們觀察到，晚期妊娠和哺乳期的野生型小鼠腸道明顯更大（圖3a和擴展數據圖7e，m，n）。 食物攝入量在妊娠期間增加，在哺乳開始時急劇上升（擴展數據圖8a，b）。 我們還在哺乳期間觀察到隱窩擴張和絨毛高度與隱窩深度比值的增加（擴展數據圖8c，d）。 我們在兩個不同的實驗地點進行了無菌小鼠的妊娠實驗，發現在缺乏腸道微生物群的情況下，腸道上皮擴張仍然發生（圖3c和擴展數據圖8e，f）。 此外，這種變化獨立於胎兒的抗原特性，因為我們觀察到了同基因和半異基因繁殖的相同變化（擴展數據圖8f）。 此外，移快速起效男士助勃掌控時間延時噴霧淫蕩春藥水自然加碼陰莖增大草本配方補腎壯陽點燃欲火男士催情除後代以停止哺乳導致母親的絨毛變小（圖3d和擴展數據圖8g），這表明泌乳素反饋回路控制著這一擴張和退化。 用臨床使用的藥物卡麥角林（cabergoline）治療哺乳小鼠，減少了RANKL水準39，導致腸道絨毛減少，作為對照，乳腺組織也受到影響（圖3e和擴展數據圖8h，i）。 妊娠/哺乳期間腸道形態的變化是一個內在過程，主要由參與RANKaRANKL通路的妊娠/哺乳激素驅動。
RANK 在哺乳期間的作用
使用三維（3D）重建，這種擴張導致絨毛顯著延長和表面積增加; 在晚期妊娠（妊娠第18.5天，P18.5）和哺乳期小鼠中，3D絨毛體積增加（圖3a和擴展數據圖7e）。 這種擴張還導致擴展絨毛的幾何形狀更加扁平，其中扁平的絨毛表面主要垂直於腸道內容物流動方向（圖3a，擴展數據圖7e和8j，補充視頻1和2）。 因此，絨毛擴張不僅增加了關鍵腸道區域的上皮表面積，而且這種形態對齊可能通過生物力學減緩食物運動進一步促進營養吸收。 我們的發現確定了一個通過減少細胞死亡和維持幹細胞來驅動腸道上皮適應妊娠和哺乳期間增加的營養需求的途徑，這對進化和人類健康具有重要意義。
RANKaRANKL 控制腸道類器官的擴張
我們評估了腸道中的RANK表達。 RANK存在於幾乎所有的腸道上皮細胞表面，包括分化的腸細胞和幹細胞，但位於絨毛頂端的上皮細胞除外（圖1a和擴展數據圖1a）。 為了直接測試RANK在腸道上皮中的功能作用，我們將小鼠腸道類器官暴露於RANKL。 用RANKL刺激空腸類器官可增強其生長; 然而，在大約第3天，類器官芽的數量減少，我們觀察到異常的芽伸長（圖1b和擴展數據圖1b，c）。 類器官可以無限期傳代，因為它們含有與芽數量相關的功能性幹細胞。 RANKL刺激導致類器官的傳代能力顯著下降，完全無法維持超過3次傳代，這取決於RANKL的劑量（擴展數據圖1d，e）。 我們證明RANKL處理導致CD44+細胞初始擴張，隨後_Lgr5_-eGFP+CD44+和OLFM4+幹細胞顯著減少（圖1c，d和擴展數據圖1fah），這為傳代能力受損提供了細胞學相關性。 RANKL驅動的變化可以在雄性和雌性小鼠的腸道類器官中觀察到。 RANK啟動小鼠腸道類器官導致早期生長刺激，隨後幹細胞耗盡和/或終末分化增強。
基因表達譜分析
我們使用批量RNA測序（RNA-seq）進行了基因表達譜分析。 RANK刺激小腸類器官導致NF-κB通路啟動和多個抗凋亡基因的誘導（擴展數據圖2aac）。 它還導致BMP和MAPK/ERK通路上調（擴展數據圖2d，e）。 使用定量PCR（qPCR）證實了RANK依賴性誘導BMP通路，特別是_Bmp2_及其下游基因_Id2_和_Id3_，以及抗凋亡基因如_Birc2_、Birc3、Tnfaip3_和_Bcl2l1（擴展數據圖2f，g）。 相比之下，RANKL處理抑制了幹細胞特徵基因_Lgr5_、Smoc2、Ephb2_或_Axin2_的表達。 值得注意的是，一些祖細胞標誌物如_Scn2b、_Ascl2_或_Cd44_的表達被RANK刺激誘導（擴展數據圖2f，g）。 單細胞RNA測序（scRNA-seq）分析表明，對照組和RANK刺激的小鼠類器官分為九個不同的上皮群體22。 RANK刺激后，我們觀察到一個額外的群體構成M細胞（擴展數據圖3a，b），正如之前報導的那樣22,23。 在對照類器官中，RankmRNA主要在祖細胞群體中表達（擴展數據圖3c），結合我們的蛋白質表達數據，這表明RANK在腸道祖細胞中轉錄，並在分化的腸道上皮中維持RANK蛋白。 在幹細胞、過渡擴增（TA）細胞和吸收性腸細胞系中檢測到抗凋亡基因的誘導（圖1e和擴展數據圖3d）。 RANKL處理的類器官在輻射損傷后的存活率增強（圖1f）。 BMP2的顯著上調主要在未成熟的和成熟的腸細胞祖細胞中觀察到，但在迴圈幹細胞中也發現低水平表達; BMP2調控的靶基因_Id2_和_Id3_在幹細胞、TA細胞和吸收性腸細胞中顯著誘導（圖1g和擴展數據圖3e）。 此外，類似於批量RNA-seq，我們在這些腸道細胞群體中觀察到NF-κB啟動和MAPK/ERK通路啟動增加，但腸內分泌細胞、潘氏細胞和毛細胞除外（擴展數據圖3f，g）。
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RANK 在生殖中的作用
為了評估RANK驅動絨毛擴張的生理作用，我們生成了腸道上彼特異性_Rank_敲除小鼠（_Rank__vil_小鼠）33。 _Rank__vil_小鼠中腸道RANK表達被消除（圖1a和擴展數據圖1a和7a，b）。 值得注意的是，我們在乳腺組織中未觀察到Cre表達; 此外，_Rank__vil_小鼠在妊娠和哺乳期間表現出正常的乳腺組織擴張（擴展數據圖7c，d）。 _Rank_敲除的初產小鼠（nulliparous _Rank__vil_小鼠）的絨毛形態未受影響（圖3a和擴展數據圖7e）。 分化的絨毛上皮細胞凋亡數量、OLFM4+腸幹細胞數量和幹細胞分裂也未發生變化（圖3b和擴展數據圖7faj）。 體外腸道類器官形成在_Rank__vil_小鼠和_Rank_野生型小鼠（_Rank_WT_小鼠）之間相似，且來自_Rank__vil_小鼠的類器官可以在RANKL存在下傳代（擴展數據圖7k，l）。 因此，腸道上皮細胞中RANK的失活不會破壞腸道幹細胞穩態。
RANKaRANKL 控制妊娠和哺乳期間的腸道絨毛擴張
我們接下來研究了RANKaRANKL系統在腸道中的生理功能。 據報導，在妊娠和哺乳期間，腸道會適應增加的營養需求，以支持多種物種的生存34,35。 儘管這是所有哺乳動物和許多非哺乳動物物種中最基本的適應之一4,5，但從未鑒定出驅動這一擴張的分子信號。 此外，關於哺乳動物妊娠期間腸道增大的研究非常少，有時甚至出現相反的結果36,37,38。 因此，我們在野生型和_Rank__vil_小鼠中重複了數十年前的實驗。 我們觀察到，晚期妊娠和哺乳期的野生型小鼠腸道明顯更大（圖3a和擴展數據圖7e，m，n）。 食物攝入量在妊娠期間增加，在哺乳開始時急劇上升（擴展數據圖8a，b）。 我們還在哺乳期間觀察到隱窩擴張和絨毛高度與隱窩深度比值的增加（擴展數據圖8c，d）。 我們在兩個不同的實驗地點進行了無菌小鼠的妊娠實驗，發現在缺乏腸道微生物群的情況下，腸道上皮擴張仍然發生（圖3c和擴展數據圖8e，f）。 此外，這種變化獨立於胎兒的抗原特性，因為我們觀察到了同基因和半異基因繁殖的相同變化（擴展數據圖8f）。 此外，移快速起效男士助勃掌控時間延時噴霧淫蕩春藥水自然加碼陰莖增大草本配方補腎壯陽點燃欲火男士催情除後代以停止哺乳導致母親的絨毛變小（圖3d和擴展數據圖8g），這表明泌乳素反饋回路控制著這一擴張和退化。 用臨床使用的藥物卡麥角林（cabergoline）治療哺乳小鼠，減少了RANKL水準39，導致腸道絨毛減少，作為對照，乳腺組織也受到影響（圖3e和擴展數據圖8h，i）。 妊娠/哺乳期間腸道形態的變化是一個內在過程，主要由參與RANKaRANKL通路的妊娠/哺乳激素驅動。
RANK 在哺乳期間的作用
使用三維（3D）重建，這種擴張導致絨毛顯著延長和表面積增加; 在晚期妊娠（妊娠第18.5天，P18.5）和哺乳期小鼠中，3D絨毛體積增加（圖3a和擴展數據圖7e）。 這種擴張還導致擴展絨毛的幾何形狀更加扁平，其中扁平的絨毛表面主要垂直於腸道內容物流動方向（圖3a，擴展數據圖7e和8j，補充視頻1和2）。 因此，絨毛擴張不僅增加了關鍵腸道區域的上皮表面積，而且這種形態對齊可能通過生物力學減緩食物運動進一步促進營養吸收。 我們的發現確定了一個通過減少細胞死亡和維持幹細胞來驅動腸道上皮適應妊娠和哺乳期間增加的營養需求的途徑，這對進化和人類健康具有重要意義。
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