在胚胎发育过程中，器官前体细胞正确分化须满足两个前提条件：具备分化潜能和接收到正确的分化诱导信号。同一胚层来源的两个相邻器官，它们的前体细胞往往具有相似的分化潜能且所在位置接近，很容易接收到相似甚至相同的诱导信号。这样，其中一个器官的前体细胞如何抵御另一个器官的诱导信号以避免分化为错误的细胞类型，是发育生物学的一个普遍问题，同是来源于内胚层的肝脏和肠道就是一个典型例子。肝脏和前肠的前体细胞沿原始肠管紧邻分布，来源于轴旁中胚层的Wnt信号是诱导肝脏前体细胞分化的关键肝向诱导信号。早在2013年，西南大学罗凌飞课题组就回答了“为何Wnt信号只能在原始肠管中诱导肝脏发生、而无法在Wnt信号源周围的其他组织中诱导肝脏发生”的问题[1]。但是，即使在原始肠管中，前肠前体细胞与肝脏前体细胞紧邻且都能接收到Wnt信号，为何前者不会被诱导为肝脏细胞呢？这个问题一直没有得到回答。

2022年11月3日，西南大学发育生物学与再生医学研究中心罗凌飞课题组在PNAS（美国国家科学院院刊）发表了题为“Intestinal precursors avoid being misinduced to liver cells by activating Cdx-Wnt inhibition cascade”的研究论文，揭示了在肠道前体细胞中转录因子Cdx1b直接激活Wnt抑制因子Sfrp5的表达，从而实现前肠前体细胞对Wnt肝向诱导信号的抵御，避免被错误诱导为肝脏细胞，为破解前体细胞如何抵御错误诱导信号而避免错误分化的分子机理提供了典型案例。

在这项研究中，课题组成员通过ENU正向遗传诱变筛选获得一个前肠中出现大量类肝细胞的斑马鱼突变体（图1），取名为leberwurst（lbw）。该突变体除了前肠最前端之外，其余前肠区域原本的肠道分子标记完全消失，取而代之的是肝脏分子标记。这些异位存在于前肠中的类肝细胞不仅表达肝脏分子标记，还具备脂质代谢、合成和储存糖原等肝细胞经典功能。scRNA-seq数据表明lbw突变体前肠中的类肝细胞与野生型肝实质细胞共聚类，具有与肝细胞相似度极高的转录组特征。lbw是肠道细胞谱系错误发生、前肠前体细胞被错误诱导成为肝脏细胞从而显示前肠肝化表型的代表性突变体。                            

图1 lbw突变体前肠区域产生大量类肝细胞（A和B，绿色荧光），取代了正常的肠道上皮细胞（B，红色荧光）。

基因定位克隆显示lbw突变体的致变基因是肠道特异性表达的homeobox转录因子基因cdx1b。进一步研究发现，Wnt下游靶基因在lbw突变体肠道中异常表达，说明Wnt信号在突变体肠道中被异常激活，抑制Wnt信号可以回救突变体的前肠肝化表型。分子机制研究发现，Cdx1b可以直接结合于sfrp5基因的启动子区域，激活sfrp5表达；sfrp5突变体表现出与lbw相同的前肠肝化表型。Sfrp5是Wnt受体Frizzled的分泌型dominant-negative抑制因子，其表达被Cdx1b激活实现了肠道前体细胞对Wnt肝向诱导信号的抵御。一旦cdx1b突变而失去功能，Sfrp5表达就无法被激活，这样凡是能接收到来自中胚层Wnt信号的前肠区域就失去了抵御Wnt信号的屏障（除了胰腺和前肠最前端可由Fgf继续行使Wnt抵御功能外），从而导致前肠肝化（图2）。                            

图2 前肠前体细胞利用Cdx1b-Sfrp5分子级联抵御Wnt肝向诱导信号来避免错误的肝向分化。

Cdx被大家熟知的功能是促进肠道细胞分化，这项研究发现它还有另一项重要功能，就是保护前肠前体细胞不会被肝向诱导信号错误诱导，这两项功能是通过不同的下游因子来实现的。肠道前体细胞抵御肝向分化机理的揭示，帮助我们深入理解肝脏和肠道细胞谱系的协同建立和竞争平衡机制，为体内外操控肝肠命运奠定了理论基础。

发育生物学与再生医学研究中心罗凌飞教授为本论文通讯作者，杨昀副教授、博士生李园媛和付佳龙为论文的共同第一作者。

参考文献：

1. Lu H, Ma J, Yang Y, Shi W, Luo L*. (2013). EpCAM is an endoderm-specific Wnt derepressor that licenses hepatic development. Dev Cell 24(5), 543-553.