KRT5high TP63阳性尿路上皮基底细胞驱动兔膀胱再生：组织工程新策略

为解决膀胱组织工程中缺乏理想"种子细胞"的难题，上海交通大学医学院团队通过单细胞RNA测序(scRNA-seq)鉴定出具有"干性"特征的KRT5high TP63阳性基底细胞亚群。研究发现该细胞能在体内外分化为中间层和表层伞状细胞，结合预置胶囊血管床技术成功构建具有完整屏障功能的生物工程化尿路上皮，为膀胱重建提供了创新性解决方案。

　　

膀胱作为人体重要的储尿和排尿器官，其内壁覆盖的尿路上皮（urothelium）由基底细胞（basal cell）、中间层细胞（intermediate cell）和表层伞状细胞（superficial umbrella cell）构成。当膀胱因肿瘤、先天畸形或创伤需要重建时，临床常用肠道组织替代，但会引发结石、感染等并发症。虽然组织工程技术为膀胱再生带来希望，但现有方法存在两大瓶颈：缺乏具有强大再生能力的种子细胞，以及难以重建具有尿液屏障功能的尿路上皮层。

上海交通大学医学院附属儿童医院陈芳团队在《Stem Cell Research 》发表的研究中，创新性地发现兔膀胱中KRT5^high
TP63阳性基底细胞亚群具有干细胞特性。通过建立全层黏膜切除模型，结合单细胞转录组分析和细胞片移植技术，证实该细胞能有效分化为完整尿路上皮，并在预置血管化的胶囊床上形成功能性屏障结构。

研究采用兔膀胱全层黏膜切除模型模拟临床损伤，通过BrdU标记示踪技术观察细胞增殖动态；利用单细胞RNA测序(scRNA-seq)解析正常和损伤状态下膀胱上皮细胞的异质性；建立3T3-J2滋养层培养体系扩增基底细胞；开发温度响应性培养皿制备细胞片；创新性应用组织扩张器构建预血管化胶囊床；通过动态增强磁共振成像(CE-MRI)评估屏障功能。

Krt5阳性基底细胞具有干细胞潜能
免疫荧光显示兔膀胱基底层存在KRT5/p63双阳性细胞亚群。黏膜切除后，这些细胞在伤口边缘大量增殖（伤后2天BrdU⁺
细胞占比达62%），并逐步分化为Upk3a⁺
中间细胞和KRT20⁺
伞状细胞。长期BrdU标记证实4个月后仍有12.7%的标记细胞驻留在基底层，损伤后可向上迁移分化。

单细胞转录组揭示细胞谱系
scRNA-seq将尿路上皮分为5个亚群：高表达UPK3B/KRT20的伞状细胞（UC）、两个中间细胞亚群（IC1/IC2）以及KRT5^high
TP63⁺
的基底干细胞（BC2）和过渡放大细胞（BC1）。拟时序分析显示BC2→BC1→IC→UC的分化轨迹，GO分析表明BC2细胞富集PI3K-Akt和HIF-1信号通路（p<0.001），损伤后其增殖相关基因表达上调3.2倍。

体外扩增与功能验证
采用3T3-J2滋养层培养3周可获得纯度>90%的KRT5^high
TP63⁺
细胞，移植至免疫缺陷鼠皮下能形成含Upk3a⁺
/KRT20⁺
细胞的"微膀胱"结构。基因热图显示培养细胞与原位BC2细胞转录组相似性达87%。

胶囊血管床支持组织再生
将细胞片移植至预血管化胶囊床3周后，形成4-5层结构完整的尿路上皮。CE-MRI显示移植组Gd-DTPA渗透率（2.3%）显著低于单纯胶囊组（38.7%，p<0.01），与正常膀胱（1.8%）无统计学差异。免疫组化证实新生上皮表达紧密连接蛋白Zo-1和尿斑蛋白Upk3a。

该研究首次明确KRT5^high
TP63阳性基底细胞是兔膀胱再生的关键驱动细胞，其创新性体现在：①建立可扩增干性细胞的无血清培养体系；②开发"细胞片-血管床"一体化移植策略，突破传统支架材料的限制；③证实生物工程化尿路上皮具有与天然组织相当的屏障功能。这项成果不仅为膀胱重建提供新的种子细胞来源，其建立的预血管化移植模型也为其他空腔器官再生提供借鉴。未来可进一步探索该技术在神经源性膀胱、间质性膀胱炎等疾病模型中的应用价值。