在胚胎發(fā)育過程中，器官前體細胞正確分化須滿足兩個前提條件：具備分化潛能和接收到正確的分化誘導信號。同一胚層來源的兩個相鄰器官，它們的前體細胞往往具有相似的分化潛能且所在位置接近，很容易接收到相似甚至相同的誘導信號。這樣，其中一個器官的前體細胞如何抵御另一個器官的誘導信號以避免分化為錯誤的細胞類型，是發(fā)育生物學的一個普遍問題，同是來源于內胚層的肝臟和腸道就是一個典型例子。肝臟和前腸的前體細胞沿原始腸管緊鄰分布，來源于軸旁中胚層的Wnt信號是誘導肝臟前體細胞分化的關鍵肝向誘導信號。早在2013年，西南大學羅凌飛課題組就回答了“為何Wnt信號只能在原始腸管中誘導肝臟發(fā)生、而無法在Wnt信號源周圍的其他組織中誘導肝臟發(fā)生”的問題[1]。但是，即使在原始腸管中，前腸前體細胞與肝臟前體細胞緊鄰且都能接收到Wnt信號，為何前者不會被誘導為肝臟細胞呢？這個問題一直沒有得到回答。
 

2022年11月3日，西南大學發(fā)育生物學與再生醫(yī)學研究中心羅凌飛課題組在PNAS（美國國家科學院院刊）發(fā)表了題為“Intestinal precursors avoid being misinduced to liver cells by activating Cdx-Wnt inhibition cascade”的研究論文，揭示了在腸道前體細胞中轉錄因子Cdx1b直接激活Wnt抑制因子Sfrp5的表達，從而實現前腸前體細胞對Wnt肝向誘導信號的抵御，避免被錯誤誘導為肝臟細胞，為破解前體細胞如何抵御錯誤誘導信號而避免錯誤分化的分子機理提供了典型案例。

在這項研究中，課題組成員通過ENU正向遺傳誘變篩選獲得一個前腸中出現大量類肝細胞的斑馬魚突變體（圖1），取名為leberwurst（lbw）。該突變體除了前腸最前端之外，其余前腸區(qū)域原本的腸道分子標記完全消失，取而代之的是肝臟分子標記。這些異位存在于前腸中的類肝細胞不僅表達肝臟分子標記，還具備脂質代謝、合成和儲存糖原等肝細胞經典功能。scRNA-seq數據表明lbw突變體前腸中的類肝細胞與野生型肝實質細胞共聚類，具有與肝細胞相似度極高的轉錄組特征。lbw是腸道細胞譜系錯誤發(fā)生、前腸前體細胞被錯誤誘導成為肝臟細胞從而顯示前腸肝化表型的代表性突變體。
 

圖1 lbw突變體前腸區(qū)域產生大量類肝細胞（A和B，綠色熒光），取代了正常的腸道上皮細胞（B，紅色熒光）。

基因定位克隆顯示lbw突變體的致變基因是腸道特異性表達的homeobox轉錄因子基因cdx1b。進一步研究發(fā)現，Wnt下游靶基因在lbw突變體腸道中異常表達，說明Wnt信號在突變體腸道中被異常激活，抑制Wnt信號可以回救突變體的前腸肝化表型。分子機制研究發(fā)現，Cdx1b可以直接結合于sfrp5基因的啟動子區(qū)域，激活sfrp5表達；sfrp5突變體表現出與lbw相同的前腸肝化表型。Sfrp5是Wnt受體Frizzled的分泌型dominant-negative抑制因子，其表達被Cdx1b激活實現了腸道前體細胞對Wnt肝向誘導信號的抵御。一旦cdx1b突變而失去功能，Sfrp5表達就無法被激活，這樣凡是能接收到來自中胚層Wnt信號的前腸區(qū)域就失去了抵御Wnt信號的屏障（除了胰腺和前腸最前端可由Fgf繼續(xù)行使Wnt抵御功能外），從而導致前腸肝化（圖2）。
 

圖2 前腸前體細胞利用Cdx1b-Sfrp5分子級聯(lián)抵御Wnt肝向誘導信號來避免錯誤的肝向分化。

Cdx被大家熟知的功能是促進腸道細胞分化，這項研究發(fā)現它還有另一項重要功能，就是保護前腸前體細胞不會被肝向誘導信號錯誤誘導，這兩項功能是通過不同的下游因子來實現的。腸道前體細胞抵御肝向分化機理的揭示，幫助我們深入理解肝臟和腸道細胞譜系的協(xié)同建立和競爭平衡機制，為體內外操控肝腸命運奠定了理論基礎。
 

西南大學發(fā)育生物學與再生醫(yī)學研究中心羅凌飛教授為本論文通訊作者，楊昀副教授、博士生李園媛和付佳龍為論文的共同第一作者。