文献解读|Nat Commun（17.694）：培养的唾液腺类器官保持小鼠和人类主要唾液腺的特性

唾液腺由三个主要腺体组成，即腮腺 (PG)、下颌下腺 (SMG)、舌下腺 (SLG) 和许多小唾液腺，负责约 90% 的唾液分泌。三个主要唾液腺具有明显的细胞异质性，可产生唾液的不同成分。唾液腺类器官可以由唾液腺来源的干细胞、非唾液上皮干细胞或多能干细胞产生。然而，这些类器官显示出一些不规则的标记表达模式。为了克服阻碍唾液腺结构和功能 3D 重建的技术障碍，必须了解成人唾液腺干/祖细胞的可塑性和来自细胞-微环境相互作用的生态位信号。

作者建立了类器官培养物GEM（生长和扩张培养基），其中使用的所有因子对于类器官的传代或生长都是必不可少的（图 1a-b）。在早期阶段和 7 个月后，在培养的类器官中小鼠SMG类器官生长，从没有角质化核心的单个克隆细胞中生长，形成分支和萌芽结构。当在 DAM （硅藻人工培养基）中培养时，类器官表现出更多的唾液腺样特征（图 1c-d）。类器官保留了腺体特异性和GEM和DAM中的增殖标志物表达，分泌蛋白和 SMG 特异性基因上调，而Notch 途径或祖细胞基因在下调（图 1f-g）。

图 1. 成人下颌下腺 (SMG) 类器官在小鼠中保存了具有分泌功能的各种唾液腺细胞特性

PG 类器官具有树状的小导管，而 SLG 类器官具有相对较大的囊性管腔（图 2a）。在 SLG 类器官的出芽结构中检测到 PAS 阳性细胞，但在 PG 类器官中未检测到（图 2b）。AMY2 主要在 PG 类器官中表达，而在 SLG 类器官中观察到 MUC19（图 2c-d）。Fam20c、Serpine2 和 Calml3 在类器官数据中显示出 PG 特异性基因表达，而 Wnt5b、Sox2和 Dcpp3 是 SLG 特异性的，而 Sema3b和 Klk1b11 是 SMG 特异性的（图 2f-h）。

图 2. 成年唾液腺类器官在小鼠中具有明显的腺体特异性

作者成功地从人类 PG、SMG 或 SLG 组织中建立了类器官并保持它们的生长和扩张 4 个月（图 3a-b）。添加 DAPT 以及从 GEM中去除 PGE2、烟酰胺和 CHIR99021 能够有效分化类器官（图 3c）。人类 PG、SMG 和 SLG 分别具有不同的浆液性和粘液性特征（图 3f，左）。在 SMG 和 SLG 中存在粘蛋白阳性管腔，但在 PG 类器官中没有（图 3f，右）。粘蛋白 7在 SMG 和 SLG 类器官中表达，而淀粉酶 1仅在 PG 和 SMG 类器官中检测到（图 3g）。

总的来说，人类唾液腺类器官表现出细胞异质性、结构多样性和组织特异性功能。

图 3. 从 PG、SMG 和 SLG 建立人唾液腺类器官

人类唾液腺类器官表现出异质性， SLG 类器官更具囊性，而PG 类器官由致密的固体类器官组成（图 4a-b）。作者发现基底细胞衍生的类器官是实心的，而腔细胞衍生的类器官是囊状的（图 4e）。在较小的尺寸下，管腔细胞也显示出更高的类器官形成能力（图 4e-f）。腔细胞衍生的类器官由 KRT7+ 或 AQP5+ 细胞组成，并且 AQP5+ 细胞能够分化为 MIST1+ 细胞（图 4g）。

这些结果表明管腔/基底祖细胞都存在于人类唾液腺中，培养系统可以成功地保持它们特征。

图 4. 人类管腔或基底祖细胞衍生的类器官保持其生长和独特的特征

类器官细胞分成八个不同的簇（图5a）。簇 1 和 2 中的基础（BNC1 和 KRT5）和祖细胞（KRT15）标记的高表达，簇 2 进一步显示了循环基因的高表达（图5b）。来自簇3和4的差异表达基因（DEGs）在腺泡或腔内导管组织细胞中高度表达（图 5c-e）。PG 高表达乳转铁蛋白 (LTF)，而催乳素诱导蛋白或 MUC7 分别主要在 SMG 或 SLG 中表达（图 5f）。

总的来说，scRNA-seq 数据揭示了组织和类器官中的各种细胞簇，其中一些基底、管腔、腺泡或组织特异性标志物在组织和类器官之间保存完好。

图 5. 单细胞 RNA-seq 揭示人类成人唾液腺类器官的细胞异质性和腺体多样性

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