LGR5+腸道干細(xì)胞（ISCs）在腸道隱窩的底部進(jìn)行自我更新，而它們的子代則在更高的隱窩層中增殖和分化，體現(xiàn)了腸隱窩的極性，上皮細(xì)胞的3D類器官在體外也復(fù)制了這些極性功能。經(jīng)典的Wnt信號(hào)通路和BMP抑制劑（BMPi）是抑制腸道腫瘤的基礎(chǔ)，這加強(qiáng)了增殖細(xì)胞對(duì)經(jīng)典的Wnt/R-spondin（Rspo）信號(hào)和BMPi的依賴。然而，隱窩極性的程度和決定因素尚不完全清楚。位于ISCs附近的上皮潘氏細(xì)胞表達(dá)經(jīng)典Wnt3，但在沒(méi)有潘氏細(xì)胞的情況下，ISCs也是完整的，而上皮下的間充質(zhì)細(xì)胞可能在維持ISCs和隱窩極性方面占據(jù)主導(dǎo)地位。SEMFs被認(rèn)為是一個(gè)關(guān)鍵的Wnt來(lái)源，但它們集中在小腸隱窩頂部附近，表達(dá)大量的BMP，僅表達(dá)非經(jīng)典的Wnt，并且在體外類器官培養(yǎng)中不支持ISCs，相比之下，PDGFRAlo?CD34+滋養(yǎng)細(xì)胞在體外支持ISCs。一個(gè)空間分離的亞群（表達(dá)Rspo3和Grem1的隱窩下CD81+滋養(yǎng)細(xì)胞）在沒(méi)有外源性生長(zhǎng)因子的情況下獨(dú)特地?cái)U(kuò)增了ISCs，并成功培養(yǎng)出腸道類器官。因此，SEMFs和滋養(yǎng)細(xì)胞可能為底部的ISC自我更新和頂部的BMP介導(dǎo)的上皮分化提供了相反的作用。

2023年4月，由Judith?Kraiczy為第一作者在《Cell?Stem?Cell》雜志發(fā)表題為《Graded BMP signaling within intestinal crypt?architecture directs self-organization of the Wnt-secreting stem cell niche》的文章，該文章率先證實(shí)了腸隱窩結(jié)構(gòu)內(nèi)BMP信號(hào)梯度決定了分泌Wnt的干細(xì)胞生態(tài)位的自我組織。

首先，作者采用單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)以及流式細(xì)胞術(shù)分析PDGFRA細(xì)胞在腸道中的比例，結(jié)果表明，在PDGFRA表達(dá)的細(xì)胞中，PDGFRAhi的上皮下肌成纖維細(xì)胞的比例約為23%，而PDGFRAlo的基質(zhì)細(xì)胞約為77%，這個(gè)細(xì)胞類群的分布情況在腸道不同部位中都是相似的。作者進(jìn)一步通過(guò)轉(zhuǎn)錄組分析和染色質(zhì)開放性測(cè)序，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，表達(dá)PDGFRA的細(xì)胞主要分為3個(gè)細(xì)胞類群，分別是PDGFRAhi上皮下肌成纖維細(xì)胞（SEMFs）、CD81-PDGFRAlo基質(zhì)細(xì)胞和CD81+PDGFRAlo滋養(yǎng)細(xì)胞，在它們?cè)诨虮磉_(dá)上具有高度的相似性，那么它們功能上的不同可能來(lái)源于其外源分泌因子的影響不同（圖1）。

在與ISC自我更新相關(guān)的分泌因子中，經(jīng)典Wnt是最重要的。Wnt3+?Paneth細(xì)胞位于體內(nèi)ISCs附近，在沒(méi)有補(bǔ)充Wnt的情況下，能夠從小腸隱窩或分離的ISCs-Paneth雙細(xì)胞中生長(zhǎng)出類器官，而ISC則嚴(yán)重依賴間充質(zhì)來(lái)源的Wnt配體。為了探究哪一類間充質(zhì)細(xì)胞是經(jīng)典Wnt的關(guān)鍵來(lái)源，作者使用Wnt依賴性功能測(cè)定法在體外培養(yǎng)腸道類器官以測(cè)試這種可能性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)從Atoh1-Null（Paneth細(xì)胞枯竭）小鼠中分離隱窩，并在EGF、Noggin和RSPO1（ENR培養(yǎng)基）培養(yǎng)類器官無(wú)法構(gòu)建產(chǎn)生類器官，而添加CHIR（GSK3抑制劑）則可以產(chǎn)生小鼠腸道類器官。為了進(jìn)一步探究間充質(zhì)細(xì)胞的Wnt分泌情況，提取Wnt缺乏的腸隱窩，分別與SEMFs、基質(zhì)細(xì)胞和滋養(yǎng)細(xì)胞共培養(yǎng)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，基質(zhì)細(xì)胞和滋養(yǎng)細(xì)胞都能培養(yǎng)建成腸道類器官，而SEMFs不能。因此，CD81-和CD81+?PDGFRAlo細(xì)胞（基質(zhì)和滋養(yǎng)細(xì)胞）都是經(jīng)典Wnt的來(lái)源（圖2）。

進(jìn)一步的研究顯示，CD81-PDGFRAlo基質(zhì)細(xì)胞具有功能異質(zhì)性。在CD81-PDGFRAlo基質(zhì)細(xì)胞中的CD55hi細(xì)胞表達(dá)更高的Rspo3和Grem1，更低的非經(jīng)典Wnt4，這種極性是由它們相對(duì)隱窩的距離所決定的。小腸隱窩與結(jié)腸/小腸CD55lo或CD55hi細(xì)胞共培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)顯示，CD55hi細(xì)胞形成了大量體積更大的腸道類器官。因此，CD81-基質(zhì)細(xì)胞的CD55hi細(xì)胞亞群支持了間充質(zhì)細(xì)胞生態(tài)位的極性，當(dāng)隱窩與未分類的PDGFRAlo細(xì)胞培養(yǎng)時(shí)，互補(bǔ)的非經(jīng)典Wnt4+細(xì)胞部分可能抑制了這一現(xiàn)象（圖3）。

BMP信號(hào)在PDGFRAlo細(xì)胞中調(diào)控腸道干細(xì)胞生態(tài)位更新分化因子的基因表達(dá)，靠近隱窩基底部的間充質(zhì)細(xì)胞是支持ISCs更新分化的的位置，隱窩頂端的SEMFs是分泌BMP因子的主要細(xì)胞，BMP濃度也具有梯度特性。SEMFs細(xì)胞分泌的BMP可以與CD81-PDGFRAlo基質(zhì)細(xì)胞上表達(dá)的BMP受體結(jié)合，進(jìn)而調(diào)控BMP信號(hào)相關(guān)基因的表達(dá)，抑制BMPi的表達(dá)（圖4）。

進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)滋養(yǎng)層細(xì)胞強(qiáng)大的ISCs活力導(dǎo)向性歸因于其表達(dá)的Rspo3和Grem1，這兩個(gè)基因在滋養(yǎng)層細(xì)胞表達(dá)最強(qiáng)，在CD81-基質(zhì)細(xì)胞中也有少量表達(dá)，從隱窩底部的滋養(yǎng)層細(xì)胞向隱窩頂端的SEMFs，Rspo3和Grem1分泌表達(dá)逐漸減少，而非經(jīng)典的Wnt配體（Wnt4）分泌表達(dá)逐漸增加。作者通過(guò)熒光標(biāo)記小鼠、原位雜交實(shí)驗(yàn)等確認(rèn)Grem1+細(xì)胞與Wnt4+細(xì)胞不對(duì)稱的分布在小腸和結(jié)腸中，這是由BMP信號(hào)調(diào)節(jié)的。CD81-PDGFRAlo基質(zhì)細(xì)胞離隱窩頂端的SEMFs的距離決定了其分泌因子是BMP激動(dòng)劑還是BMPi，這也體現(xiàn)了這兩群細(xì)胞在維持ISCs活性方面的不同作用。在體外共培養(yǎng)腸道類器官和CD55hi?CD81-PDGFRAlo基質(zhì)細(xì)胞，長(zhǎng)期的BMP因子作用形成腸道類器官更小，這表明PDGFRAlo細(xì)胞的極性及功能異質(zhì)性不是由其本身特性決定的，而是由其所處隱窩的位置決定的（圖5）。

來(lái)自周圍生態(tài)位的信號(hào)驅(qū)動(dòng)腸隱窩底部的腸道干細(xì)胞增殖并抑制其分化，在上皮下的間充質(zhì)細(xì)胞中，隱窩底部的CD81+PDGFRAlo滋養(yǎng)細(xì)胞能夠在體外維持ISCs功能，必要生態(tài)位因子的梯度表達(dá)不是細(xì)胞自主決定的，而是由BMP分泌的距離決定的。BMP信號(hào)傳導(dǎo)抑制隱窩頂端附近PDGFRAlo細(xì)胞的ISCs營(yíng)養(yǎng)基因，這種抑制在隱窩基部附近和下方的基質(zhì)細(xì)胞（包括滋養(yǎng)細(xì)胞）中可得到緩解。