关于“人类肠道M细胞类似树突状细胞并呈递麸质抗原”的研究报告

主要作者及机构 本研究的核心通讯作者为Hans Clevers，其所属机构为荷兰皇家艺术与科学学院Hubrecht研究所、Oncode研究所及瑞士罗氏创新中心人类生物学研究所。第一作者为Daisong Wang和Sangho Lim，两人均来自Hubrecht研究所和Oncode研究所。其他合作者来自马斯特里赫特大学、中外制药株式会社、AMOLF研究所、格罗宁根大学医学中心等多个研究机构。该研究成果于2025年12月10日在线发表于国际顶级学术期刊 Nature（第650卷，2026年2月5日刊）。

研究背景 微皱褶细胞（Microfold cells, M cells）是一种稀有的肠道上皮细胞，主要分布于派尔集合淋巴结（Peyer’s patches）的滤泡相关上皮（follicle-associated epithelium）中。学术界对M细胞的传统功能认知是，它们负责将肠道腔内的抗原通过转胞吞作用（transcytosis）转运给黏膜下层的抗原呈递细胞，从而启动免疫反应。这些见解主要来自对转基因小鼠的研究和透射电子显微镜（transmission electron microscopy, TEM）的观察。然而，人类M细胞的分化轨迹及其是否具备超越转运功能的其他免疫学功能，在很大程度上仍是未知领域。本研究旨在建立一个人类肠道类器官（organoid）模型，以深入探究人类M细胞的分化过程、转录组特征以及其潜在的抗原呈递功能。

详细研究工作流程 该研究的工作流程可分为以下几个核心环节： 1. 建立并优化人类M细胞类器官模型： 研究团队在其先前建立的人类肠道类器官培养方案基础上，通过添加RANKL、肿瘤坏死因子（TNF）和维甲酸（retinoic acid）这三种因子，优化出一种“M细胞培养基”。利用此培养基，他们成功诱导类器官分化出表达GP2蛋白的M细胞，并通过与小鼠研究一致的结果证实RANKL是M细胞发育的关键因子。 2. 鉴定M细胞谱系分化轨迹与新标志物： 为追踪M细胞分化，研究人员创建了SPIB-P2A-tdTomato报告基因类器官。通过对该类器官进行荧光激活细胞分选（FACS）和单细胞RNA测序（scRNA-seq），识别出肠上皮细胞、中间态细胞和M细胞三个细胞群。通过重新分析已发表的人类肠道单细胞数据，团队排除了之前被误认为是M细胞的Brunner腺细胞，定义了一套核心的人类M细胞标志物，如GP2, SPIB, SOX8等。更重要的是，他们发现并验证了ICAM2是一个更广泛的M谱系标志物。结合SPIB和GP2的表达，研究团队将M细胞划分为三个连续分化阶段：早期（SPIB+ICAM2-GP2-）、未成熟（SPIB+ICAM2+GP2-）和成熟（SPIB+ICAM2+GP2+）M细胞，并通过对这四个阶段的细胞进行转录组测序，描绘了完整的基因表达动态变化图谱。 3. 揭示M细胞分化的关键转录因子与信号： 通过分析分化过程中的转录组数据，研究团队发现人类M细胞的分化不仅需要已知的SPIB，还需要转录因子RUNX2。使用RUNX2特异性抑制剂CADD522或通过CRISPR技术敲除RUNX2基因，都导致了GP2阳性M细胞的显著减少。此外，他们通过FACS筛选发现，树突状细胞（dendritic cell, DC）分化常用的细胞因子CSF2能显著促进M细胞成熟，且其受体在人类而非小鼠的M细胞上表达，显示出物种差异。这一发现连同RANKL信号，揭示了M细胞与树突状细胞共享关键转录调控网络（SPIB, RUNX2, NF-κB）和分化信号。 4. 证明人类M细胞具有树突状细胞样特征和抗原呈递能力： 转录组分析显示，成熟的M细胞高表达一系列经典的淋巴树突状细胞标志基因（如CD83, LAMP3, FSCN1），其整体基因表达谱与树突状细胞高度相似，而不像传统肠上皮细胞。功能上，分选的M细胞在二维培养中展现出类似树突状细胞的形态和吞噬细菌颗粒的能力。最关键的发现是，M细胞能够在无炎症因子干扰素-γ（IFNγ）刺激的稳态条件下，依赖于转录因子CIITA，自发地高表达II类主要组织相容性复合体（MHC-II）分子，并形成MHC-II区室（MIIC），这是处理抗原的结构基础。这与仅在炎症状态下才被诱导表达MHC-II的正常肠上皮细胞形成鲜明对比。 5. 验证M细胞对麸质抗原的加工与呈递： 研究聚焦于乳糜泻（coeliac disease, CeD）这一具有明确抗原和HLA背景的自身免疫病。团队建立了HLA-DQ2.5基因型的M细胞类器官。实验结果表明，无论是使用合成的33-mer麸质抗原肽，还是完整的麸质蛋白，M细胞均能将其摄取、加工，并以HLA-DQ2.5复合物的形式呈递在其表面。随后，他们建立了类器官与T细胞共培养体系，使用携带有特异性T细胞受体（TCR）的Jurkat T细胞或来自乳糜泻患者的外周血CD4+ T细胞。结果显示，只有含M细胞的类器官能以MHC-II限制性的方式，高效激活特异性T细胞，而普通肠类器官无法实现。 6. 发现M细胞具备麸质肽脱酰胺化能力： 麸质肽要有效激活T细胞，需经过脱酰胺化（deamidation）修饰（谷氨酰胺Q转变为谷氨酸E）。研究发现，M细胞以高于肠上皮细胞18倍的水平高表达执行此功能的关键酶——组织转谷氨酰胺酶2（tissue transglutaminase 2, TGM2）。实验证实，M细胞能够自行将未经脱酰胺化的麸质蛋白和原始33-mer肽（含Q）处理并呈递，激活T细胞。当使用TGM2特异性抑制剂或敲除M细胞的TGM2基因后，这种针对原始肽的T细胞激活作用即被阻断。

主要研究成果 本研究通过详尽的体外证据，系统地揭示了人类M细胞的崭新功能。其核心结果是：人类M细胞不仅是抗原的“搬运工”，更是专业的抗原呈递细胞。具体表现为：1）首次绘制了人类M细胞完整的、包含三个阶段的分子分化轨迹；2）发现了RUNX2和CSF2是驱动人类M细胞分化的关键因子；3）证实了人类M细胞在稳态下即可表达全套抗原呈递分子机器（MHC-II、MIIC），其基因表达谱与树突状细胞高度重合；4）功能性地证明了M细胞能够独立完成从摄取、脱酰胺化处理麸质抗原，到通过MHC-II呈递给特异性CD4+ T细胞并使之激活的全过程。

结论与研究价值 本研究的结论是人类M细胞是一类非造血来源的、具有专业抗原呈递功能的上皮细胞，这一角色此前被认为是树突状细胞等免疫细胞所独有的。该发现具有重大的科学价值：它从根本上修正了教科书上关于M细胞功能的传统定义，揭示了肠道上皮在启动和调控适应性免疫反应中的直接和核心作用。在应用价值上，该研究为乳糜泻的发病机制提供了一个全新的解释模型，提示M细胞可能是疾病发生的中枢环节，而不仅是免疫反应的旁观者。鉴于M细胞在派尔集合淋巴结中的独特位置，它可能作为肠道免疫反应的“守门人”，未来可能成为治疗乳糜泻乃至其他肠道免疫性疾病的新靶点。

研究亮点 本研究的亮点突出。首先，发现本身具有重大原创性，首次明确证明了人类M细胞的树突状细胞样特征和固有的抗原呈递功能，并指出了这一功能在小鼠中的缺失，揭示了重要的物种间差异，解释了为何该功能此前未被发现。其次，构建的研究体系精巧而强大，成功地将类器官技术与CRISPR基因编辑、多种单细胞组学分析、TCR特异性免疫学功能验证等前沿技术有机结合，实现了从分子机制到细胞功能的完整验证。再次，聚焦于乳糜泻这一特定疾病，利用明确的抗原-TCR-HLA模型，使得对抗原呈递过程的解析达到了前所未有的清晰度，完美地展示了M细胞-TGM2-麸质-T细胞这一致病轴线。