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胰腺和肠道中的激素产生细胞调节全身代谢，在肥胖和糖尿病中发生失调。深入了解这些器官中的内分泌谱系形成（endocrinogenesis）对于阐明健康状态和疾病轨迹至关重要。在此，研究人员利用单细胞转录组学和表观基因组学，结合小鼠批量蛋白质组学（bulk pro
胰腺和肠道中的激素产生细胞调节全身代谢，在肥胖和糖尿病中发生失调。深入了解这些器官中的内分泌谱系形成（endocrinogenesis）对于阐明健康状态和疾病轨迹至关重要。在此，研究人员利用单细胞转录组学和表观基因组学，结合小鼠批量蛋白质组学（bulk proteomics），对胰腺内分泌祖细胞（endocrine progenitors，EPs）进行了跨物种（小鼠和人类）和跨系统（体内和体外）的比较，并辅以跨器官（胰腺和肠道）分析。研究人员揭示了谱系分配过程中跨物种、跨系统和跨器官保守及独特的基因调控网络（gene regulatory networks，GRNs）和细胞间通讯模式。此外，研究人员鉴定了局限于胚胎胰腺EPs但在成人胰腺中基本不存在的糖尿病相关基因，提示发育过程中的失调可能易患糖尿病。进一步地，他们的多来源EP分析解析了在向人类胰岛细胞分化过程中异常的、体外富集的肠嗜铬细胞（enterochromaffin cell）形成背后的转录程序，表明这些细胞可能不对应于体内发育中存在的天然细胞类型。最后，研究人员揭示了内分泌发生过程中细胞周期和细胞骨架组织的保守动态变化，以及mRNA翻译的差异。总的来说，这种多来源EP分析建立了一个资源，绘制了跨越两个主要代谢-内分泌器官的内分泌发生的分子图谱。
**内分泌祖细胞跨物种与跨器官图谱：多组学解析胰腺与肠道内分泌发生的分子机制**
**一、研究背景与目标**
在哺乳动物中，全身代谢受到器官间协同的体液信号交叉调节，以维持能量稳态。胰腺和肠道内分泌细胞分泌的激素，如胰岛素、胰高血糖素、生长抑素以及肠源性激素GLP-1、GIP和PYY，在调节血糖、食欲和能量代谢中发挥核心作用。尽管胰岛素疗法和新型抗肥胖药物（如semaglutide和tirzepatide）已取得显著成效，但这些激素疗法主要管理症状而非针对疾病根本病理机制。因此，开发能够恢复内源性胰岛素分泌的细胞替代疗法或基因疗法，需要深入了解胰腺和肠道中（肠）内分泌细胞的发生过程（endocrinogenesis）。
胰腺内分泌发生是胚胎和胎儿发育过程中的一个短暂过程，双潜能祖细胞分化为以转录因子NEUROG3表达为标志的胰腺内分泌祖细胞（pEPs），进而产生α、β、δ、ε和PP细胞。然而，pEPs从诱导到谱系分配的细胞和分子轨迹尚未完全明确，包括保守与物种特异的基因调控网络如何指导pEP特化和命运决定。此外，人多能干细胞（hPSCs）体外分化方案效率有限，且干细胞来源的胰岛（SC-islets）常含有成人胰岛中不存在的肠嗜铬样细胞，其来源和性质存在争议。与胰腺不同，肠道作为更大的内分泌器官，在成年期持续产生寿命较短的肠内分泌细胞（EECs），其过程始于肠干细胞（ISCs）分化为iEPs。尽管两个器官都依赖EPs进行内分泌发生，但缺乏跨器官的比较分析。本研究旨在通过多组学手段，系统比较pEPs和iEPs在转录组和表观基因组层面的异同，建立跨物种、跨系统、跨器官的内分泌发生分子图谱，为理解内分泌谱系形成机制和开发因果性治疗策略提供资源。
**二、主要技术方法**
研究人员利用Ngn3-Venus融合（NVF）和Foxa2-Venus融合（FVF）报告基因小鼠品系富集EPs，结合配对单核RNA测序（snRNA-seq）和单核ATAC测序（snATAC-seq）分析染色质可及性与基因表达。应用SCENIC+推断增强子驱动的基因调控网络，并使用CUT&RUN鉴定NGN3直接结合靶点。此外，整合了人胚胎/胎儿胰腺单细胞数据、体外SC-islet分化多组学数据、空间转录组学（Xenium），以及小鼠胰腺上皮细胞的定量蛋白质组学数据，通过CellChat分析细胞间通讯，利用CellOracle进行计算机模拟转录因子敲除验证。
**三、主要研究结果**
**3.1 SnRNA-seq/snATAC-seq分析实现胰腺EPs的跨物种分析**
对NVF小鼠E14.5-E16.5胰腺上皮进行配对多组学分析，获得15186个细胞和七种细胞类型。SCENIC+分析鉴定了91个激活转录因子，构建了导管、EP、Fev+、β细胞等谱系的GRNs。跨物种比较发现，部分转录因子在物种间表达模式保守，但存在明确差异：例如ZNF704和HES4仅在人中检出，Pou3f4仅在小鼠中检出；MAFF和SATB1在人导管细胞中活跃但在小鼠内分泌细胞中活跃。FACS分选和空间转录组学独立验证了这些物种特异性模式。
**3.2 pEPs表达一组与血糖性状相关的独特高富集基因（HEGs）**
差异表达分析分别鉴定出小鼠和人类pEP/Fev+细胞中的350个和275个HEGs，其中55个为跨物种共享，涉及神经内分泌分化、形态发生和肌动蛋白细胞骨架调控。人类HEGs中，43个基因与HbA1c或T2D显著关联，其中8个在成人胰岛中不表达、6个表达极低，提示这些基因的血糖性状关联可能源于发育过程中的作用而非成人胰岛功能。
**3.3 人体内胰腺EPs与体外SC-EPs的分子特征存在差异**
SCENIC+分析鉴定出SC-EPs中的16个转录因子，与体内数据仅有7个共同转录因子。尽管许多转录因子表达模式相似，但EHF、GATA4、MAFA等因子表现出系统特异性的谱系表达模式。NGN3靶点分析确定了27个体外候选靶基因，其中9个与小鼠体内Ngn3靶点重叠。体内外pEP HEGs有40个重叠基因，其中22个与小鼠共享。
**3.4 配对多组学分析实现胰腺与肠道EPs的比较分析**
对成年NVF和FVF小鼠肠道上皮进行配对多组学分析，获得20727个细胞和11种细胞类型。EEC谱系中鉴定出16个iEP和10个EEC关键转录因子，多数与胰腺共享（如Ngn3、Fev、Nkx2-2），但Nhlh1和E2f1在pEPs中表达而在肠道中几乎缺失，Ets1则相反。iEPs与pEPs/Fev+共享522个靶基因，富含细胞形态发生和蛋白合成相关通路。iEP HEGs中，30个与人和小鼠pEP HEGs共享，其中9个与血糖性状相关。
**3.5 整合分析揭示驱动体外SC-EC形成的调控程序**
鉴定出123个SC-EC特异基因在体内胰腺发育中缺失或低表达。预测的驱动转录因子中，CUX2、NKX6-1、ONECUT3等具有最多的靶基因。这些候选调控因子及其靶基因在体内发育过程中几乎不表达。CellOracle计算机模拟敲除CUX2或ONECUT3均减少了向EC命运的分化，提示它们在EP阶段发挥维持EC命运的功能。
**3.6 跨物种和跨器官分析揭示EP通讯模式的共性与差异**
CellChat分析鉴定了各数据集中的配体-受体（L-R）对。胰腺数据集之间共享AGRN-DAG1、FGF9-FGFR3/4等L-R对，而胰腺与肠道之间仅共享少量相互作用。pEPs表达的受体多于配体，提示其对微环境信号高度响应。
**3.7 蛋白质组和转录组分析揭示内分泌发生过程中多种细胞程序的转变**
定量蛋白质组学鉴定了701个差异表达蛋白。下调蛋白富集于翻译和DNA复制，上调蛋白涉及细胞生长和囊泡运输。OPP标记实验证实小鼠体内Sox9+祖/导管细胞比Nkx6-1+内分泌细胞具有更高的新生翻译活性，但SC-islets中SYP+内分泌细胞翻译活性高于SYP?细胞。微管相关蛋白MAP1B和DST在多种内分泌谱系中富集表达。
**四、总结与讨论**
本研究构建了跨物种、跨系统和跨器官的内分泌祖细胞多组学资源图谱，系统揭示了胰腺和肠道内分泌发生的共享与差异调控程序。研究鉴定了多个此前未表征的转录因子和大量保守HEGs，提示其在内分泌谱系形成中的潜在关键作用。血糖性状关联分析为理解糖尿病风险的发育起源提供了新视角。重要的是，研究提出体外富集的SC-ECs的主要调控程序在体内发育过程中并不存在，表明这些细胞可能是一种体外异常分化产物而非天然发育中间态。细胞间通讯分析和蛋白质组学数据进一步揭示了内分泌发生过程中细胞周期阻滞、翻译重编程和细胞骨架重塑等保守动态变化。结论指出，该EP聚焦资源为理解胰腺和肠道内分泌发生机制提供了重要参考，有望为干细胞分化功能性胰岛细胞的策略优化提供理论支持，并可能对神经内分泌等其他内分泌系统的研究具有借鉴意义。
