京都大学研究团队利用iPS细胞成功复刻胸腺发育，为免疫重建带来新希望

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1034次浏览发布时间：2025-08-28 11:36:18

　　近日，京都大学的Yoko Hamazaki教授和助手Yann Pretemer领导的研究团队在胸腺器官发育领域取得重大突破。他们利用诱导性多能干细胞(iPS细胞)，开发出一种全体外培养系统，能够忠实复制人类胸腺上皮细胞(TEC)的完整发育过程。这项研究发表在《Nature Communications》上，为免疫缺陷疾病的治疗与功能性T细胞的体外制备提供了全新路径。

　　胸腺：免疫系统的“训练基地”

　　胸腺是人体免疫系统的核心器官之一，通过TEC构建复杂的微环境，指导未成熟的胸腺T细胞分化成能够识别“自我”与“非我”的成熟T细胞：

　　皮质TEC(cTEC)负责筛选能够识别外来抗原的T细胞，进行阳性选择;

　　髓质TEC(mTEC)则清除可能攻击自身组织的T细胞，完成阴性选择。其中，AIRE蛋白是mTEC实现自我耐受的重要分子。

　　然而，TEC的高度异质性以及无法从胚胎中轻易分离的特点，使人类胸腺器官发育研究长期受限。加之原代TEC在体外培养时快速失去关键基因表达(如FOXN1)，传统研究模式面临诸多瓶颈。

　　研究突破：利用iPS细胞重现TEC发育全过程

　　京都大学研究团队设计了一套严格分步诱导方案，完整再现了TEC在体外的发育：

　　定形内胚层(DE)的分化：使用Activin A、CHIR99021引导iPS细胞向定形内胚层分化;

　　前肠前段内胚层(AFE)的诱导：通过BMP和TGFβ抑制剂诱导出胸腺及甲状腺共同前体;

　　视黄酸(RA)与成纤维细胞生长因子8(FGF8)激活：RA精准调控TEC发育的起源基因HOXA3，FGF8则促进咽部结构发育。

　　最终，团队在第28天成功诱导出FOXN1⁺TEC前体，其基因表达量接近原代儿科供体TEC的50%，并通过FOXN1-mCherry荧光报告技术实现实时追踪。至第133天，TEC细胞完整分化为两种群体：mCherryhigh群体发育为cTEC，而mCherrylow群体分化为mTEC，甚至形成皮质与髓质分隔的3D空间结构。

　　功能验证：iTEC具备完整的免疫“训练”能力

　　为了证明iTEC的功能性，研究团队将第37天的mCherry⁺iTEC与来自儿科供体的双阳性(DP)胸腺细胞进行共培养，结果显示：

　　iTEC能够将91%的DP细胞诱导为成熟CD4⁺或CD8⁺单阳性(SP)T细胞，其中CD4⁺SP占47%、CD8⁺SP占21%，优于传统MS5-hDLL1细胞系;

　　这些SP细胞中初始T细胞比例显著提高，且TCRβ受体库多样性接近供体原代T细胞。

　　共培养还促进了iTEC的终末成熟，例如未表达的AIRE基因逐步上调，显现神经样与分泌样TEC细胞组分，帮助T细胞实现精准的自我耐受。

　　单细胞RNA测序进一步验证了iTEC与原代胸腺TEC细胞在基因表达谱上的高度一致性。无论是cTEC还是mTEC群体，均匹配儿科供体的不同亚型。

　　间质作用：支撑长效FOXN1表达

　　研究发现，培养体系中自发出现的间充质样细胞(表达VIM)，通过分泌BMP和FGF因子，稳定支持iTEC微环境。这种“上皮-间质相互作用”是iTEC长达133天持续表达FOXN1并维持功能的关键，而传统原代TEC培养几天内便会丢失FOXN1。

　　应用前景：免疫缺陷疾病治疗与胸腺再生

　　这项研究不仅填补了人类胸腺发生的研究空白，还展示了iPS细胞诱导技术的广泛应用潜力：

　　治疗先天性免疫疾病：如迪乔治综合征患者，可利用自身iPS细胞生成iTEC，在体外生成功能性T细胞，规避免疫排斥风险;

　　胸腺损伤修复：针对化疗或衰老引发的胸腺萎缩，通过筛选NF-κB、NOTCH信号调控的药物促进胸腺再生;