胃作为人体重要的消化器官，其上皮细胞的精准分化对维持胃稳态至关重要。胃腺中的干细胞可分化为黏液分泌细胞（如 pit 细胞、颈黏液细胞）、胃酸分泌细胞（壁细胞）、胃蛋白酶原分泌细胞（主细胞）和肠内分泌细胞等。然而，尽管已知微环境（niche）在胃上皮细胞分化中起关键作用，但相关分子因子和潜在调控机制长期未被充分阐明。现有研究虽揭示 Wnt、EGF、BMP4 等信号通路参与调控，但信号间的协同作用及转录调控机制仍存诸多空白，且人类与小鼠胃上皮细胞分化的异同尚不明确。此外，传统体外培养体系难以稳定诱导成熟功能细胞（如壁细胞和主细胞），限制了对分化机制的深入研究和类器官的临床应用探索。

为填补这些研究空白，陆军军医大学、清华大学、南昌大学等国内研究机构的研究人员开展了系列研究。他们利用小鼠和人类胃类器官模型，结合单细胞 RNA 测序（scRNA-seq）、信号通路调控实验及转录因子功能验证，系统解析了胃上皮细胞分化的分子机制，相关成果发表在《Cell Regeneration》。

研究主要采用以下技术方法：

1. 类器官培养：建立小鼠和人类胃类器官培养体系，通过调整培养基成分（如添加 BMP4、EGF、Isoxazole 9 等细胞因子或小分子化合物）诱导不同细胞分化。

2. 单细胞 RNA 测序（scRNA-seq）：分析小鼠和人类胃组织及类器官的单细胞转录组，鉴定细胞类型及信号通路活性。

3. 基因编辑与功能验证：利用 CRISPR-Cas9 系统构建 Bmpr1a、Smad4、Zbtb7b 等基因敲除（KO）或过表达（OE）类器官，结合免疫荧光、透射电镜等技术验证基因功能。

4. 信号通路干扰：通过添加信号通路抑制剂（如 Noggin 抑制 BMP 信号，A83-01 抑制 TGF-β 信号）或激活剂（如 CHIR-99021 激活 Wnt 信号），分析信号互作对细胞分化的影响。

研究结果

1. 胃类器官系统的建立与优化

研究人员在含 EGF、BMP 抑制剂（Noggin）等成分的完全培养基（CM）中培养小鼠胃类器官，发现其主要富集颈细胞（GSII?）和增殖细胞（Mki67?），缺乏成熟壁细胞（HK-ATPase-β?）和主细胞（Gif?）。通过单细胞转录组分析，发现类器官中分化细胞标记基因表达显著低于胃组织，提示需优化培养条件。通过调控 BMP4、EGF、Wnt 等信号通路，成功建立 pit 细胞（DM-Pit）、壁细胞（DM-Pa）和主细胞（DM-C）分化培养基，诱导类器官高效分化为目标细胞类型，且分化细胞基因表达谱与胃组织相似。

2. BMP4 信号调控壁细胞和肠内分泌细胞分化

BMP4 由胃峡部间充质细胞分泌，是壁细胞分化的关键因子。敲除 BMP 受体基因 Bmpr1a 或下游转录因子 Smad4 后，小鼠胃组织中壁细胞标记物 HK-ATPase-β 显著减少，类器官中壁细胞分化也受抑制。添加 BMP4 并联合使用小分子 Isoxazole 9（Isx-9），可显著增强壁细胞分化，诱导酸性囊泡和线粒体增多，同时促进肠内分泌细胞（Chga?、Gast?）分化。机制上，BMP 信号通过激活 Smad1/5/8 磷酸化，调控壁细胞标记基因 Atp4b、Esrrg 表达。

3. 主细胞分化依赖 Wnt 激活及 TGF-β/BMP 信号抑制

主细胞位于胃腺底部，其分化需要 Wnt 信号激活和 TGF-β、BMP 信号抑制。敲除 Wnt 通路负调控因子 Apc 可增加胃腺底部 Mist1?主细胞数量，而抑制 Wnt 信号（如添加 IWP2）则减少主细胞标记物 Pgc 表达。同时，敲除 TGF-β 受体基因 Tgfbr2 或添加 TGF-β 抑制剂 A83-01，可促进主细胞分化相关基因 Bhlha15、Cblif 表达。研究还发现，主细胞分化过程中存在 “主细胞 / 颈细胞中间态”（Chief/Neck int），提示分化的阶段性和可塑性。

4. BMP4 与 EGF 协同促进 pit 细胞分化，Zbtb7b 为关键转录因子

BMP4 和 EGF 信号协同激活 pit 细胞分化，敲除 Bmpr1a 或 Smad4 会减少胃组织和类器官中 UEAI? pit 细胞数量，而添加 BMP4 和 EGF 可使类器官中 pit 细胞比例提升至 90%。通过单细胞转录组筛选和功能验证，鉴定锌指转录因子 Zbtb7b 为 BMP 信号下游关键调控因子。Zbtb7b 直接结合 pit 细胞标记基因 Muc5ac、Gkn1 启动子，介导 BMP 诱导的 pit 细胞分化，其过表达甚至可在 BMP 抑制条件下促进 pit 细胞成熟。

5. 人类与小鼠胃上皮细胞分化的种属差异

在人类胃类器官中，BMP4 和 EGF 同样可诱导 pit 细胞分化，但壁细胞分化需额外激活 AMPK（如 metformin）和 ESRRG（如 DY131）信号，单独使用 BMP4+Isx-9 效果有限。主细胞分化方面，人类需激活 XBP1 通路（如添加 IXA4），且 Wnt3a 对人类主细胞标记物 MIST1 表达有抑制作用，提示人类分化调控网络更复杂。转录组分析显示，BMP 信号靶基因在种属间存在显著差异，人类 pit 和壁细胞中 145 个基因特异性表达，而小鼠有 365 个特异性基因。

研究结论与意义

本研究系统揭示了 BMP、EGF、Wnt 和 TGF-β 信号在胃上皮细胞分化中的核心作用及调控网络，鉴定 Zbtb7b 为 pit 细胞分化的新型转录因子，并阐明人类与小鼠分化机制的异同。研究建立的高效分化体系为胃类器官的功能研究和临床应用（如疾病建模、药物筛选）奠定了基础，特别是对理解胃上皮再生、疾病（如萎缩性胃炎、胃癌）中细胞分化异常提供了新视角。未来可进一步探索主细胞成熟的关键因子及信号通路在胃癌发生中的作用，推动胃类器官从基础研究向临床转化的进程。