Nature | 新型人源肠神经类器官可生成氮能神经元并恢复小鼠肠道蠕动功能

撰文 | 阿童木

胃肠道动力障碍 是一类高度异质的疾病，涵盖肠神经病变和肠-脑轴功能紊乱，影响全球数以百万计人群，长期以来缺乏有效治疗手段。这些疾病的核心病因在于肠神经系统（ENS）的退化或功能障碍。ENS是一个独立于中枢神经系统运行的庞大神经网络，主导胃肠道的运动、分泌与局部血流调节，被称为“第二大脑”。 然而，由于对ENS发育机制与功能理解有限，目前尚无针对性强、疗效明确的针对胃肠道动力障碍的治疗策略【1】。

在ENS中，释放一氧化氮（NO）以松弛平滑肌的 氮能神经元 （nitrergic neurons）发挥着关键作用，其功能紊乱与多种胃肠动力障碍密切相关，包括食管失弛缓症、肥厚性幽门狭窄，以及特发性或糖尿病性胃轻瘫等临床常见病【2】。长期以来，因人源组织样本匮乏、NO神经元体外产率极低且功能维持困难，相关研究进展缓慢，严重制约了机制解析与疗法开发。

近日，加州大学旧金山分校 Faranak Fattahi 实验室等在 Nature 杂志发表了题为

Engrafted nitrergic neurons derived from hPSCs improve gut dysmotility in mice

研究首先 建立了可分化为NO神经元的人源 ENS 类器官 体系 。 ENS 主要来源于迷走神经嵴（ NC ）【3】，作者通过激活 BMP 、 WNT 和视黄酸通路诱导 hPSCs 分化为肠神经嵴细胞（ENCCs），再通过 WNT 与 FGF 信号进一步生成“肠神经嵴球”（ enteric ganglioids ）。这些类器官中存在多种神经元亚群，包括 NO 、胆碱能、 GABA 能和 5- 羟色胺能神经元。单细胞 RNA 测序显示其中包含 5 种不同的 NOS1 ⁺ NO 神经元亚型，并与人胎和成人肠道中的 NO 神经元具有高度分子一致性。功能上， hPSC 来源神经元在分化过程中逐渐获得电兴奋性，能响应光刺激和神经递质，展现出典型钙信号活性。该ENS类器官系统为获得可扩展、功能成熟的人源肠神经元提供了可行路径。

胃肠道运动依赖兴奋性与抑制性运动神经元的协调，其中NO神经元通过NOS1合成NO以抑制平滑肌收缩、维持黏膜张力。作者在第40天的 类器官中识别出5类NO神经元亚型（NO 1–5），均表达NOS1及其相关代谢基因，并在原代人类ENS中发现对应亚型 ，二者在转录层面高度相似。各亚型在不同发育时期均有分布，提示其代表功能分化而非成熟程度差异，为研究NO神经元功能提供了重要基础。

作者继续借助该平台筛选了激活NO神经元的候选化合物。 以cFOS表达和NO释放为指标，高通量筛选共鉴定出20种可激活NO神经元的候选药物和17种可增强NO释放的分子 ，靶点涵盖多巴胺、5-羟色胺、乙酰胆碱、GABA等受体家族。NO神经元群体表达多种神经递质受体，尤其NO 3亚型在预测靶点表达上最为显著。器官浴实验（organ myobath assay）显示，FDA批准药物右美托咪定能通过增强NO通路缩短小鼠结肠肠道迁移性收缩（CMMC）间隔、减少LCEs频率，该效应可被NOS1抑制剂L-NAME逆转。此外，肌浴实验也证实 右美托咪定可降低结肠平滑肌张力，其作用在Nos1缺失小鼠中消失，提示其调节肠动力的机制依赖NO神经元 。

为了进一步提高 NO 神经元产率，作者对 1694 种小分子进行筛选，发现了 12 种可显著富集 NOS1 ⁺ 神经元的化合物，其中 PP121 诱导效率高、靶向明确。分子机制研究发现， P P121 作用于 EGFR/ERBB 家族等受体酪氨酸激酶，在分化第 15–20 天处理可显著提升 NOS1 ⁺ 神经元比例 ，且不改变其转录特征。单核 RNA 测序显示 PP121 富集 NO 亚型 B 和 C ，其表达谱与原代人类 NO 神经元相似。进一步通过药理和遗传实验表明PP121通过抑制PDGFR信号促进NO神经元分化， CRISPR 敲除 PDGFRA 和 PDGFRB 后， NO 神经元比例显著升高，验证了 PDGFR 信号对 NO 神经元命运的抑制作用 。这一机制为优化分化流程、构建富集型NO神经元群体提供了依据。

由于 ENS 的自我修复能力有限，细胞移植被视为治疗退行性肠神经病的重要策略。研究将标准与 PP121 富集的类器官分别移植至 Nos1 ⁻ / ⁻ 小鼠远端结肠， 8 周后检测发现：移植细胞沿结肠迁移，并在靠近注射区域分布更密集，且 PP121 处理的富集组中 NO 神经元比例更高 。功能上， PP121 富集组小鼠表现出显著缩短的 GI 通过时间、增强的肌肉松弛反应 ，且松弛效应与移植物整合程度呈正相关。与使用未分化前体相比，移植成熟hPSC衍生神经元移植降低了肿瘤风险，也为研究人类 ENS 体内特性提供了全新模型。

综上所述，本研究 建立了可高效分化人源 氮能神经元 的干细胞平台，识别了调控 氮能神经元 特化的路径，发现抑制 PDGFR 信号可显著促进其生成。高通量药物筛选识别出多种能激活NO神经元的化合物，这些药物通过诱导cFOS表达和NO释放增强神经元活性，并在离体小鼠肠组织中改善 肠道迁移性收缩 。此外，富集的 NO 神经元移植至 Nos1 ⁻ / ⁻ 小鼠结肠后成功整合并恢复肠道功能，为胃肠动力障碍提供了新型细胞治疗策略。

https://doi.org/10.1038/s41586-025-09208-3

制版人： 十一

参考文献

1. Ouyang, A. & Locke, G. R. Overview of neurogastroenterology-gastrointestinal motility and functional GI disorders: classification, prevalence, and epidemiology. Gastroenterol.Clin. North Am.36, 485–498 (2007).

2. Bódi, N., Szalai, Z. & Bagyánszki, M. Nitrergic enteric neurons in health and disease—focus on animal models.Int. J. Mol. Sci.20, E2003 (2019).

3. Nagy, N. & Goldstein, A. M. Enteric nervous system development: a crest cell’s journey from neural tube to colon.Semin. Cell Dev. Biol.66, 94–106 (2017).

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