先天性巨结肠细胞模型的建立及发病机制的实验研究

Hirschsprung disease (HSCR) is one of the most common congenital intestinal motility disorders. At present, surgery is one of the main treatments for HSCR. However, many serious complications may happened and have lifelong consequences for the health. The pathogenesis of HSCR is not fully understood, and it is now believed that the defects of the neural crest cells migration and enteric neuron differentiation cause intestinal motility disorders. Related studies mainly relied on gene modified animal models. Because of the fundamental difference between animals and human beings, results from animal models cannot fully reflect the characteristics of human disease. Therefore, it is urgent to establish new research models for HSCR. The applicant has long been engaged in the differentiation of pluripotent stem cells towards neural crest stem cells and enteric neurons. On the basis of this, this study intends to establish HCSR-specific iPS cell lines and highly efficient induction system towards enteric neurons from HSCR-hiPSCs, and explore the changes of the abilities of the HSCR-hiPSC derived neural crest stem cells in migration, proliferation and enteric neuron differentiation when compared with normal control. This study may provide a in vitro cell model and contribute to the pathogenesis and therapeutic target study for Hirschsprung disease.

先天性巨结肠是一种常见的肠动力障碍疾病，目前以手术治疗为主，但易复发或出现严重并发症。其发生机制尚不完全清楚，目前主要认为是由神经嵴细胞在肠道内的迁移和发育障碍所致。相关研究以基因修饰的动物模型为主，由于动物与人存在较大的种属差异，相关研究结果不能完全反映人类的疾病特征。因此，亟需建立人疾病特异的研究模型。申请人长期从事多能干细胞定向神经嵴分化的实验研究，前期已经建立了多能干细胞向神经嵴干细胞及肠道神经元分化的诱导体系。在此基础上，本研究拟进一步建立先天性巨结肠疾病特异的iPSCs细胞系并诱导向神经嵴干细胞和肠道神经元分化，通过表达谱测序、电生理检测、流式细胞分选和体内移植等手段，系统探讨HSCR-hiPSCs来源的神经嵴干细胞在迁移、增殖和肠道神经元分化能力与正常对照的差异。通过本研究的实施，可为先天性巨结肠疾病提供新的体外细胞模型，有助于研究该病的发病机制及发现新的治疗靶点。

先天性巨结肠是一种常见肠道神经系统发育畸形，发病机制不完全清楚，目前认为主要是由神经嵴细胞在肠道内的迁移和发育障碍所致，除手术切挽救生命外尚无其他有效治疗手段。本项目研究通过建立先天性巨结肠疾病特异的HSCR-iPSCs并定向神经嵴干细胞和肠神经元诱导分化，体外模拟肠神经系统发生发育过程，成功建立了先天性巨结肠疾病细胞研究模型，为先天性巨结肠疾病研究提供了一种新的研究模型。通过与正常对照细胞比较在神经嵴干细胞分化效率、迁移、增殖和谱系分化能力，发现HSCR-hiPSCs来源的细胞并未见明显差异，但在神经细胞诱导分化过程中发现，神经元分化减弱而神经胶质细胞分化相对增强，与先天性巨结肠病结肠检测结果相似。为此，我们进一步通过单细胞表达谱检测技术，从单细胞的精度解析疾病来源神经嵴干细胞，发现疾病来源神经嵴干细胞出现了新的细胞亚型，以及notch信号通路的异常。提示notch信号通路参与了神经嵴干细胞的神经元分化调控，这为进一步阐明该病发生机制和寻找治疗新靶点提供了新线索。