《Nature Communications》：Identification of stem cell marker-positive subpopulations in the vocal fold of the larynx through transcriptomic analyses
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为解决喉部组织稳态维持机制不明、组织干细胞研究匮乏的问题，研究人员通过单细胞RNA测序、空间转录组学与类器官培养技术，开展了针对喉部粘膜细胞组成与干细胞亚群的系统性研究。研究在小鼠声带中鉴定出SOX9阳性基底细胞亚群与Lgr5阳性细胞亚群，并成功构建了三种类型的上皮类器官，揭示了喉部声门上与声门下假复层纤毛柱状上皮的差异，为喉科学与干细胞生物学提供了新的见解与研究工具。
在生命科学的版图上，喉部——这个掌管呼吸、发声与吞咽的生命要道——其内部的微观世界却长期笼罩在迷雾之中。我们熟知它宏观的功能，但对于其组织如何维持稳定、受损后如何修复等细胞层面的基本问题，却知之甚少。这种认知的空白，直接制约了喉部疾病（如声带损伤、喉癌等）有效疗法的开发。问题的核心在于，我们缺乏对喉部粘膜“居民”——各类细胞，尤其是具有再生潜能的组织干细胞——的系统性认知。这就像一个城市的管理者，不清楚市民的构成和社区领袖是谁，便难以在灾难后高效地组织重建。为了绘制这张缺失的“细胞地图”，并找到潜在的“修复工程师”，一支研究团队将目光投向了小鼠的喉部，展开了一项融合前沿技术的探索之旅。
为了回答上述问题，研究人员主要运用了三大关键技术：首先，他们对小鼠喉部粘膜进行了单细胞RNA测序（scRNA-seq），在单个细胞分辨率下解析了整个组织的细胞异质性。其次，他们采用了光隔离化学空间转录组学（photo-isolation chemistry-based spatial transcriptomics），将细胞的基因表达信息精准定位回原始的组织空间结构中，实现了“定位”与“定性”的结合。最后，他们利用分离的喉部上皮细胞，在体外成功构建了喉部类器官（laryngeal organoids），作为一种功能性的体外研究模型。这些技术的组合，使得研究能够从细胞类型鉴定、空间分布验证到功能模型构建，进行多维度、系统性的解析。
研究结果
SOX9阳性基底细胞亚群和Lgr5阳性细胞亚群在声带中的鉴定
通过对单细胞转录组数据的深入分析，研究团队在小鼠声带的上皮层中发现了一个独特的SOX9阳性基底细胞（basal cell） 亚群。SOX9是已知的多种组织干细胞或祖细胞的关键转录因子。更重要的是，他们同时鉴定出一个表达Lgr5 基因的细胞亚群。Lgr5是肠道、皮肤等多个器官中经典干细胞（stem cell） 的标志物。这两个标志物阳性亚群的共存，强烈暗示小鼠声带上皮中可能存在具有干细胞或祖细胞特性的细胞群体，它们可能是维持声带上皮稳态和损伤修复的关键“储备军”。
从喉部上皮产生三种类型的上皮类器官
为了验证这些上皮细胞的自我更新与分化潜能，研究人员将小鼠喉部上皮细胞在特定的3D培养条件下进行培养，成功培育出了喉部类器官。这些类器官能够长期扩增，并自发分化形成具有腔体结构的复杂上皮组织。值得注意的是，他们最终获得了三种在形态和潜在功能上有所差异的上皮类器官类型，这进一步证明了喉部上皮细胞内在的异质性和可塑性，也为在体外模拟和研究喉部疾病及药物测试提供了宝贵的平台。
小鼠喉部声门上和声门下假复层纤毛柱状上皮特征的差异确认
研究不仅聚焦于声带，还比较了喉部不同区域——声门上（supraglottis） 和声门下（subglottis）——的黏膜上皮特征。通过分析，他们确认了这两个区域的假复层纤毛柱状上皮（pseudostratified ciliated columnar epithelium） 在细胞组成或基因表达特征上存在差异。这种区域特异性差异提示，喉部不同部位可能适应于不同的局部微环境与生理功能（如对气流、异物的防御机制），其稳态维持和病理反应机制也可能有所不同。
研究结论与意义
本项研究通过高精度的单细胞与空间多组学技术，首次系统性地绘制了小鼠喉部粘膜的细胞图谱，并取得了多项突破性发现。研究成功在声带这一关键功能区域鉴定出SOX9阳性基底细胞亚群和Lgr5 阳性细胞亚群，为定位喉部潜在的上皮干细胞/祖细胞提供了强有力的候选标志物。同时，研究首次成功建立了可长期培养的喉部上皮类器官模型，为喉部发育、疾病建模和再生医学研究创建了一个强大的体外工具。此外，研究明确了喉部声门上与声门下区域在上皮特征上的差异，深化了对喉部区域异质性的理解。
这项发表在《Nature Communications》上的工作，其意义远不止于提供一系列新数据。它如同一把钥匙，开启了喉部细胞生物学研究的一扇新大门。首先，它填补了喉部基础细胞生物学，特别是干细胞生物学领域的重大知识空白，将喉部研究从传统的组织学观察推进到分子与细胞功能探索的新阶段。其次，它所鉴定的干细胞标志物阳性细胞，是未来开发针对声带瘢痕、喉黏膜萎缩等难治性疾病的细胞治疗（cell therapy） 或靶向治疗（targeted therapy） 策略的宝贵起点。最后，所建立的喉部类器官模型，能够直接用于模拟喉癌、喉乳头状瘤等疾病，进行药物筛选和毒性测试，加速转化医学研究。总而言之，这项研究不仅为喉科学提供了深刻的生物学见解，也贡献了不可或缺的研究工具，为未来探索喉部稳态、再生与疾病机制奠定了坚实的基石。
