猪味蕾细胞来源类器官合成胰岛素及其培养体系优化
Hasitha U Premathilake, Caio H Mazucanti, Qin Yao, Jennifer F O’Connell, Nandita Vegesna, Dimitrios Tsitsipatis, Cory Weller, Kwan-Wood Gabriel Lam, Julián Candia, Jinshui Fan, Supriyo De, Payel Sen, Josephine M Egan, Máire E Doyle | Endocrinology 2025 | 10.1210/endocr/bqaf126
标签: #类器官培养 #味觉受体细胞 #胰岛素合成 #猪模型 #干细胞分化
一、做什么 🔬
研究背景：味觉受体细胞（TRC）处于高机械应力与病原体暴露环境，需依赖基底干细胞持续更新。既往研究高度依赖小鼠模型解析味觉干细胞动态，但小鼠与人类在营养感知与代谢调控上存在显著种属差异。大动物模型在临床转化中更具参考价值，猪舌组织体外长期扩增与分化体系尚未建立。同时，TRC局部合成胰岛素的现象已被初步报道，该胰岛素是否参与干细胞自分泌/旁分泌调控仍缺乏直接证据。
核心问题：
- 能否在体外长期稳定培养猪舌叶状乳头来源的类器官并保留其细胞异质性？
- 关键生长因子（Wnt3a、Rspo2、Noggin、PGE2等）的撤除如何影响味觉干细胞标志物与成熟TRC的分化轨迹？
- 局部合成的胰岛素在味觉干细胞增殖与分化中发挥何种调控作用？
研究模型：猪舌叶状乳头组织来源的3D类器官培养体系
技术路线：
- 组织解离与基质胶包埋：胶原酶P消化1 mm²猪舌叶状乳头组织，100 μm滤网过滤后与Cultrex RGF BME混合点板
- LGR4/6促生长培养基构建：基础培养基中添加SHH、FGF10、Wnt3a、Rspo2、Noggin、CHIR99021、PGE2等因子维持长期扩增
- 单因子撤除与表型评估：P3代起始系统撤除单一因子，结合qRT-PCR与明场成像量化干细胞与TRC标志物表达
- 转录组测序与通路富集：P1代类器官与配对原生组织进行poly(A) RNA-Seq，PCA与差异基因分析揭示信号网络重编程特征
二、发现什么 📊
核心发现1：猪叶状乳头类器官实现长期稳定扩增并重现体内转录组特征
图1：类器官接种后15天达到最大体积，PCA前3主成分捕获67.76%变异，共鉴定8932个差异表达基因，干细胞标志物LGR6/LGR4/SOX2较原生组织显著上调（P < .05）。
| 维度 | 说明 | ||
|---|---|---|---|
| 做了什么 | 采集猪舌叶状乳头组织进行胶原酶消化与基质胶包埋，在LPM培养基中连续传代培养至第18代；对P1代类器官与配对原生组织（n=5）进行poly(A) RNA-Seq测序与qRT-PCR验证（n=3） | ||
| 发现什么 | 类器官在接种后15天达到最大扩增体积；PCA显示类器官与组织样本完全分离，前3个主成分解释67.76%总变异；共鉴定8932个差异表达基因（2396个上调，6536个下调，FDR < 0.05且 | log2FC | >1）；qRT-PCR证实LGR6、LGR4、SOX2转录水平显著上调（P < .05），成熟TRC标志物GNAT3、OTOP1、KCNQ1同步显著上调（P < .05） |
| 说明什么 | 证实猪舌组织可在体外长期维持并自发分化为包含多类味觉细胞的异质性结构；转录组重编程成功模拟了体内味觉干细胞激活与早期分化状态，PI3K/AKT、Wnt/β-catenin及胰岛素受体信号通路显著富集，为后续解析局部胰岛素营养因子功能提供了高保真体外平台 |
三、说明什么 💡
领域意义：既往味觉干细胞研究高度依赖小鼠LGR5/SOX2标记体系，该工作首次建立猪源类器官长期培养标准，证实大动物味觉上皮在体外可完整保留细胞异质性与分化潜能。研究明确TRC局部合成胰岛素不依赖葡萄糖响应因子PDX-1，而是受cAMP信号调控，将学界对“味觉细胞仅具化学感受功能”的传统认知拓展至“局部代谢微环境调控节点”。
临床/转化价值：
- 为新冠感染或放化疗导致的味觉障碍提供高通量药物筛选与再生修复模型
- 揭示非胰腺、非葡萄糖调控的胰岛素合成新机制，为代谢性疾病局部微环境干预提供潜在靶点
- 优化的动态悬浮培养与定向分化方案可直接转化为标准化类器官建库与质控流程
与我们产品的关联：
- 类器官长期传代与动态悬浮培养高度依赖自动化液体处理与三维培养系统，Cellink BIO X6可精准控制基质胶点板体积与培养基更换频率，避免人工操作导致的批次差异
- 若需实时监测类器官形态演变与分化进程，Celvivo活细胞成像系统可在不破坏3D结构的前提下连续记录15天生长曲线
- 后续若开展TRC对化学刺激物的电生理响应测试，3Brain HD-MEA可同步记录多通道动作电位，但需客户自行建立味觉刺激微流控接口
与我们的产品
| 产品 | 关联度 | 应用场景 |
|---|---|---|
| Cellink BIO X / BIO X6 | ⭐⭐⭐⭐⭐ | 自动化完成基质胶点板、LPM培养基梯度添加与动态悬浮培养，解决人工换液导致的类器官形态不均与传代损耗问题 |
| 3Brain HD-MEA / CorePlate | ⭐⭐ | 适用于后续验证分化后TRC对甜/苦/酸味配体的电生理响应，需配套微流控刺激模块 |
| Celvivo | ⭐⭐⭐ | 连续15天无标记活细胞成像，定量追踪类器官体积扩张速率与囊性/网状形态转化比例 |
| SIEVEWELL | ⭐⭐ | 若需构建多因子浓度梯度以优化分化条件，微流控芯片可实现局部微环境精准调控，但需客户二次开发 |
参考文献
- Premathilake HU, Mazucanti CH, Yao Q, O’Connell JF, Vegesna N, Tsitsipatis D, Weller C, Lam KWG, Candia J, Fan J, De S, Sen P, Egan JM, Doyle ME. Pig Taste Cell-derived Organoids Synthesize Insulin. Endocrinology. 2025. doi: 10.1210/endocr/bqaf126
- Ren W, Krimm M, Andl T, et al. SOX2 is required for the development of taste buds. Nature. 2014. doi: 10.1038/nature13901
- Dvoryanchikov G, Huang YA, Chaudhari N. Transcriptomes of taste bud cells. J Neurosci. 2017. doi: 10.1523/JNEUROSCI.2830-16.2017
- Chera S, et al. LGR5+ stem cells generate taste receptor cells in mouse organoids. Stem Cell Reports. 2018. doi: 10.1016/j.stemcr.2018.05.015
转发语：猪味蕾类器官实现18代稳定传代，首次证实味觉细胞可自主合成非葡萄糖调控型胰岛素，为味觉再生与局部代谢调控提供全新大动物模型。
联系人：李东伟
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📥 下载原文PDF：Endocrinology 2025 Pig Taste Cell-derived Organoids Synthesize Insulin