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肠道内分泌细胞（enteroendocrine cells, EECs）是存在于胃、小肠和结肠上皮中的激素分泌细胞，与其他上皮细胞谱系一样，来源于区域特定的Lgr5+肠道干细胞（intestinal stem cells, ISCs）。EECs调节肠道代谢活动的多个方面，包括胰岛素水平、饱腹感、胃肠道分泌和运动等。不同EEC谱系如何产生尚不完全清楚，肠道干细胞的命运决定也一直是发育生物学领域的热点问题。小肠肠道细胞类型示意图（下文还会看到Goblet cell：杯状细胞、Paneth cell：潘氏细胞）图片来源：DOI:10.1007/s10620-019-05561-2EEC谱系与ISCs的平衡分化受转录因子（transcription factors, TFs）网络调控。RNA测序和类器官技术阐明了EEC发展过程中基因表达谱的时间层次。通过将Neurog3（内分泌发育的主要调节因子）作为时间分辨的报告基因，在单细胞水平构建了小鼠体内EEC分化的实时和谱系特异性图谱。NEUROG3的过表达可以产生内分泌细胞，用于人胰腺导管细胞的功能表征。人肠道类器官技术的不断进步，使得科学家们能够在近端至远端胃肠轴上对EEC亚型进行分析。小鼠中调控EEC亚型的TF，同样在人肠道类器官中得到证实，这揭示了保守的NEUROG3下游调节机制。然而，小鼠和人的EEC分化调控机制也存在差异。此外，NEUROG3上游的调控机制和调控NEUROG3表达的内源性抑制因子尚不清楚。类器官助力生命医学研究类器官（Organoids）指通过体外三维培养而形成的迷你细胞团，能够分化成多种功能细胞，从而模拟体内器官。因此，类器官也称为“迷你器官”。类器官可以来源于成体干细胞、多能干细胞以及肿瘤组织。科学家们经过多年的不懈努力，已经陆续开发出了肠道、视网膜、肝脏、乳腺等多种类器官。类器官发展历程DOI: 10.1152/ajpcell.00120.2020.2009年，荷兰Hans Clevers 团队使用来自小鼠肠道干细胞培育出首个肠道类器官，开启了类器官领域的元年。此后，类器官广泛应用于精准医学、药物研发和疾病研究。比如，荷兰Merus NV公司与西班牙巴塞罗那科学技术研究院合作，使用来自癌症患者的类器官库对500多个双特异性抗体进行筛选，从中发现了名为 MCLA-158 的 EGFR × LGR5 双特性抗体，能够有效抑制结直肠癌类器官的生长，并抑制癌症转移，相关研究成果于2022年4月发表在Nature杂志上。DOI: 10.1038/s43018-022-00359-0近期，来自荷兰皇家艺术与科学学院的“类器官之父”Hans Clevers团队建立了一种基于类器官的基因筛选平台，发现ZNF800是一个全新的抑制EEC分化的转录因子。该成果以《Unbiased transcription factor CRISPR screen identifies ZNF800 as master repressor of enteroendocrine differentiation》为题，于2023年10月27日队发表在Science杂志上。 DOI: 10.1126/science.adi2246结合类器官和CRISPR技术研究团队利用慢病毒递送系统，在人小肠类器官中构建了CRISPR基因敲除文库，该文库包括7210个sgRNA（靶向1800个人类转录因子），以及100个sgRNA阴性对照。通过荧光标记（CHGA-IRES-iRFP670：EEC，MUC2-mNeongreen：杯状细胞，DEFA5-IRES-dsRed：潘氏细胞），研究人员分离出EEC、杯状细胞和无荧光标记的细胞，评估sgRNA在基因组中的插入情况。 类器官CRISPR筛选示意图DOI: 10.1126/science.adi2246发现ZNF800抑制EEC分化基于上述的筛选平台，研究团队发现了已知的TF（NEUROG3，INSM1，SOX4）和新的TF（NFIC, TEF, ZHX2），并发现了一种全新的EEC分化的抑制因子ZNF800。ZNF800在小肠和大肠中广泛表达，在敲除ZNF800的小肠类器官中，荧光报告系统显示，EEC数量升高，杯状细胞和潘氏细胞数量急剧下降。进一步的单细胞RNA测序结果，也验证了上述表型。而且，EEC的类型主要为肠嗜铬细胞（enterochromaffin cell）。 野生型（左）和ZNF800敲除（右）的人小肠类器官（绿色：杯状细胞、红色：潘氏细胞、紫色：EEC）DOI: 10.1126/science.adi2246证实PAX4是ZNF800的下游靶点科研人员进一步解析了ZNF800调控ECC分化的机制，发现NEUROG3，INSM1和PAX4是ZNF800下游靶点。通过对PAX4的进一步研究发现，ZNF800可以直接调控PAX4来限制肠嗜铬细胞的分化。此外，PAX4还通过单方面抑制一种EEC亚型TF（ARX），来调控其他EEC亚型的分化。·ZNF800调控EEC分化机制的示意图DOI: 10.1126/science.adi2246本文的临床意义Hans Clevers团基于人小肠类器官与人体器官的高度相似性，对EEC谱系分化的调控因子进行CRIPSR筛选。研究人员发现，ZNF800既可以通过下游靶点INSM1, SOX4和NEUROG3影响EEC早期分化，也可以通过下游靶点PAX4调控肠嗜铬细胞和其他EEC亚型分化。作者还推测，ZNF800可能通过上述机制来调控人胰腺β细胞分化，暗示了ZNF800在糖尿病研究中可能具有价值。本文的研究成果，为胃肠疾病和内分泌疾病研究提供了关键线索，为开发新的治疗方案和药物奠定了基础。参考文献：1. Lin Lin et al. Unbiased transcription factor CRISPR screen identifies ZNF800 as master repressor of enteroendocrine differentiation. Science 382, 451-458 (2023).2. Ohashi, W., Hara, T., Takagishi, T. et al. Maintenance of Intestinal Epithelial Homeostasis by Zinc Transporters. Dig Dis Sci 64, 2404–2415 (2019).3. Am J Physiol Cell Physiol 319: C151–C165, 2020.4. https://www.nature.com/articles/s43018-022-00359-0撰文 | 汤睿智博士编辑 | 小白精彩推荐：1、长期便秘竟会影响认知功能？哈佛大学等机构研究发现：每3天或更长时间排便者，客观认知功能明显恶化，相当于衰老3岁！2、恋爱选择相似or互补的人？Nature子刊研究近8万对情侣发现，相似度80%以上的人更容易成为伴侣3、久坐伤身不用怕！《英国运动医学杂志》发现每天只需这样运动22分钟即可抵消久坐带来的死亡风险4、爱吃鸡蛋的人注意了！我国学者最新研究：冠心病高遗传风险者或应少吃鸡蛋，每周增加3个鸡蛋冠心病风险增加10%！5、痴呆能“转移”？最新报道：首次证实阿尔茨海默病症状可通过肠道微生物群转移到健康生物体！本文仅用于学术分享，转载请注明出处。若有侵权，请联系微信：bioonSir 删除或修改！

导读：肠内分泌细胞（EEC）存在于消化道的上皮中，产生参与新陈代谢的各种激素。不同EEC谱系的产生由专门的转录因子网络控制。然而，鉴于来自成体干细胞的EEC规范效率低下，很难阐明该调节网络的组成和机制。10月26日，Hans Clevers 团队（林琳博士为论文第一作者和共同通讯作者）在国际顶尖学术期刊 《Science》 上发表了题为“Unbiased transcription factor CRISPR screen identifies ZNF800 as master repressor of enteroendocrine differentiation ”的研究论文。研究构建了基于成年人类小肠类器官和CRISPR基因敲除的高通量筛选平台，对调控人类肠内分泌细胞（EEC）谱系分化的转录因子（TF）进行系统性无偏鉴定；发现ZNF800是在内分泌谱系定向分化中起主导作用的转录抑制因子；ZNF800直接抑制内分泌TF调控网络（其靶基因包括该网络中的核心TF：INSM1、SOX4、NEUROG3等），从而抑制肠干细胞向EEC分化；ZNF800还直接抑制PAX4，PAX4通过抑制ARX来抑制其他EEC亚型的分化，驱动偏向肠嗜铬细胞的分化轨迹。https://www.science.org/doi/full/10.1126/science.adi2246研究概述 01 肠内分泌细胞（EEC）是居住在胃、小肠 （SI） 和结肠上皮的产生激素的细胞。EEC 调节代谢活动的各个方面，包括胰岛素水平、饱腹感、胃肠道分泌和运动。不同EEC谱系的产生尚不完全清楚。在这项工作中，我们报告了成人SI类器官中整个转录因子（TFs）库的CRISPR敲除筛选，以鉴定控制EEC分化的显性TF。我们发现ZNF800作为内分泌谱系承诺的主要抑制因子，通过直接控制以PAX4为中心的内分泌TF网络，特别限制肠嗜铬细胞分化。因此，类器官模型允许对编程细胞命运的基因进行无偏的功能性CRISPR筛选。研究进展 02 在这项最新研究中，研究团队将类器官技术与高通量CRISPR基因筛选技术结合，旨在建立一个跨越人类肠道类器官中全部转录因子（TFome）的CRISPR筛选平台，以便无偏倚和系统地发现调控人类EEC分化的转录因子。研究团队使用通过慢病毒载体递送的CRISPR基因敲除文库，该文库包括7210个sgRNA，以靶向1800个人类转录因子，以及100个sgRNA阴性对照。筛选结果显示，ZNF800是一个全新的抑制EEC分化的转录因子。研究团队进一步解析了ZNF800调控ECC分化的机制，驱动早期ECC分化的核心参与者INSM1、SOX4和NEUROG3是ZNF800的下游直接靶点，ZNF800通过直接调控以PAX4为核心的内分泌转录因子网络，特别限制了肠嗜铬细胞的分化。在ZNF800缺失的情况下，PAX4通过抑制所有其他EEC亚型的分化来驱动EC特异性细胞命运。此外，PAX4还通过单方面抑制另一个EEC亚型转录因子ARX，来调控EEC亚型的分化。我们发现ZNF800是肠内分泌分化的主要抑制因子，它通过直接控制以PAX4为中心的内分泌转录因子网络，特别限制肠嗜铬细胞分化。这也表明了可以通过类器官模型对编程细胞命运的基因进行无偏倚的功能性CRISPR筛选。研究结论 03 总之，本研究利用人肠道类器官和CRISPR基因敲除筛选系统，对调控成人EEC谱系分化的转录因子进行了大规模无偏鉴定，发现一个此前功能未知的锌指蛋白转录因子ZNF800，在EEC谱系分化中发挥主导作用，处于内分泌转录因子网络的上游位置。这项工作展示了优化人类类器官在基于CRISPR的功能筛选中的价值潜力，为鉴定人类肠道生理学和病生理学中的其他调节因子铺平了道路。参考资料：https://www.chinagut.cn/daily/show/1259413096?kf=daily_listhttps://www.science.org/doi/full/10.1126/science.adi2246

两性二态性是造成健康和行为上深刻的代谢差异的原因。男性和女性对环境因素的反应是否不同，比如太阳紫外线(UV)的暴露，目前还不清楚。2022年7月11日，以色列特拉维夫大学Carmit Levy团队在Nature Metabolism 在线发表题为“Food-seeking behavior is triggered by skin  ultraviolet exposure in males”的研究论文，该研究表明阳光照射会诱导男性的觅食行为和食物摄入，但对女性没有影响。在小鼠中，UVB暴露会导致寻找食物的行为增加，食物摄入量增加和体重增加，并对雄性具有性别二态性。在小鼠和人类男性中，食欲增加与循环胃饥饿素水平升高有关。具体来说，UVB照射导致皮肤脂肪细胞中饥饿素的p53转录激活，而小鼠的条件p53敲除可消除UVB诱导的饥饿素表达和觅食行为。在女性中，雌激素干扰促生长素启动子上的p53 -染色质相互作用，从而阻断促生长素和寻找食物的行为，以应对UVB暴露。这些结果确定皮肤是能量稳态的主要介质，并可能为基于性别的内分泌相关疾病治疗提供治疗机会。性别差异对健康和行为有着深远的影响。然而，男性和女性对环境因素(如紫外线辐射)的反应是否不同，仍在研究中。1928年，紫外线被认定为致癌物，从20世纪中期开始掀起了一股尽量减少阳光照射的大规模文化潮流。但随后的流行病学研究为紫外线在人类健康中的作用描绘了一幅更为复杂的画面，表明紫外线可以延长寿命，因为它可以预防心血管疾病和其他死亡原因。阳光照射增加肝脏代谢，保护肝脏免受肝细胞脂毒性和代谢性疾病的侵害。太阳辐射的健康益处归功于维生素D。但最近的两项大规模临床试验表明，维生素D本身并不能降低患心血管疾病、全因死亡率和侵袭性癌症的风险。这些发现表明，至少有一些阳光对健康的好处是独立于维生素D的。皮肤是人体最大的器官，也是抵御环境威胁的第一道防线。它的表皮层和真皮层由未分化的、自我更新的角质细胞和黑色素细胞组成的基底层表皮层分开。真皮包括成纤维细胞和血管，皮下主要由脂肪细胞组成。皮肤是一个皮肤内分泌器官，它的常驻细胞具有多种激素受体。除了β-内啡肽、维生素D和雌激素外，皮肤细胞中激素的产生和释放尚未被记录，这些活动的触发因素或它们对身体生理的潜在系统性影响也不得而知。食欲调节是一个非常复杂的过程，它直接影响健康，涉及胃饥饿素和瘦素激素。Ghrelin通过与下丘脑核内表达生长激素分泌受体(GHS-R)的神经元结合来调节能量稳态变化的反应，Ghrelin调节食物摄入、体重和血糖。下丘脑内生长素释放肽与GHS-R的结合激活弓形核中表达刺鼠相关神经肽(AgRP)的神经元，通过神经肽Y(NPY)受体激活造口途径，并抑制表达前阿片黑皮质素(POMC)并刺激食欲的神经元的厌食途径活性。胃饥饿素的循环水平在饭后达到最低点，然后上升。胃饥饿素是已知唯一能刺激食欲的外周肽，但抑制食欲的外周激素还有很多，包括胆囊收缩素、胰多肽、胰岛素、瘦素、胰高血糖素样肽1、胃抑制多肽、脂联素和氧合调节素。脂肪组织分泌的瘦素通过激活下丘脑中表达POMC的神经元来对抗饥饿素的刺激，从而产生饱足感。作为黑素皮质素系统的一部分，下丘脑核中表达AgRP和POMC的神经元参与能量稳态调节饱腹状态、寻食行为和代谢率。胃饥饿素分泌到血液中受到营养物质和代谢物的调节，如葡萄糖、胰岛素和长链脂肪酸，它们都抑制胃饥饿素的分泌，而味精、多巴胺、催产素和肾上腺素则促进胃饥饿素的分泌。NF-κB、Nkx-2.2、KLF4和PAX4 参与了ghrelin表达的转录调控。重要的是，在啮齿动物模型中，胃饥饿素被假设通过增加高度美味食物的奖励价值来调节享乐性进食行为。与女性相比，阳光照射会增加男性的能量摄入和新陈代谢（图源自Nature Metabolism）控制胃饥饿素分泌的环境因素是音乐、光线和气味，但其潜在机制尚未揭示。虽然胃是胃饥饿素分泌的主要来源，但胃切除术只减少了65%，这表明胃饥饿素是由其他组织产生的。其中一个组织可能是皮肤，因为胃饥饿素被发现在表皮和真皮中表达，以及在皮下脂肪组织中的皮下组织中表达。该研究通过分析全年约3000人的人类饮食数据，该研究发现，与女性相比，男性受太阳辐射及其季节性波动的影响显著，导致夏季的能量摄入更为明显。此外，每天低水平的UVB暴露会增加雄性小鼠的食物摄入和觅食行为，而雌性小鼠则不会，在接受光疗的人类患者中也观察到这种性别差异。在小鼠和人类男性中，食欲增强与循环胃饥饿素水平升高有关。该研究进一步发现皮肤脂肪细胞在UVB暴露后产生并释放胃饥饿素，这是由DNA损伤诱导的p53活性触发的。雌激素抑制脂肪细胞中的p53活性，从而阻断女性胃饥饿素水平的升高。脂肪细胞中缺乏p53的小鼠，在UVB和觅食行为的影响下，胃饥饿素水平没有提高。这些数据表明，对UVB辐射的反应与性别有关。总之，这项工作为进一步研究皮肤在能量和代谢稳态中的作用铺平道路，并可能为内分泌相关疾病带来基于性别的治疗方式。文章来源“iNture”责编|文竞择校对|文竞择End往期精选围观历史性突破！不需卵子和精子就可以合成人类胚胎热文富豪用儿子血浆“回春”科学吗？Science：血液牛磺酸缺乏驱动衰老热文世界首例！35岁的她，通过机器人操刀移植的子宫，成功诞下宝宝热文为了避免心脏骤停，53岁的他成为“第一个”植入开创性除颤器的心脏病患者热文首次披露！175家生物制药公司的薪资数据：薪资中位数达20万美元点击“阅读原文”，了解更多~