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妊娠是一种重要的短暂生理状态，与大量的代谢和细胞变化同时发生，支持母亲的健康以及后代的最佳生长和存活。尽管这种适应事件对母亲和后代的健康至关重要，但许多重塑方面仍然知之甚少，特别是在哺乳动物中。由于妊娠和婴儿的养育需要母亲增加营养效率，一个基本的、未解答的问题与肠道上皮细胞和分子变化及其在妊娠和哺乳期间的协调有关。
RANKL及其受体RANK对于破骨细胞的发育和激活至关重要，因此在骨骼重塑中发挥关键作用。参与妊娠和哺乳的激素同样被认为与肠道功能有关。值得注意的是，作为RANKL的诱饵受体的骨保护素，最初是从胎鼠肠道cDNA文库中克隆出来的，这表明RANK-RANKL系统也可能在肠道中发挥作用，但是对于肠道RANK-RANKL的作用知之甚少。RANK和RANKL是妊娠和哺乳期间肠道干细胞和肠道上皮扩张的调节因子。在这里，作者确定哺乳动物在妊娠和哺乳期间肠道上皮细胞会发生扩增。核因子-κΒ受体激活因子（RANK）及其配体RANKL被确定为参与小鼠体内以及小鼠和人类肠道类器官中小肠绒毛扩张的分子途径，RANK-RANKL是一种驱动妊娠/哺乳期间肠道上皮扩张的途径。
展开剩余85%1.RANK-RANKL控制肠道类器官的扩张
RANK几乎在所有小鼠肠道上皮细胞的细胞表面都表达（图1a）。为了直接测试RANK在肠道上皮中的功能作用，作者将小鼠肠道类器官暴露于RANKL。用RANKL刺激空肠类器官增强了它们的生长；然而，在大约第3天左右，类器官芽的数量减少，观察到异常的芽伸长（图1b）。RANKL处理导致CD44+细胞的扩张，随后Lgr5-eGFP+CD44+和OLFM4+干细胞显著减少（图1c、d）。RANK激活小鼠肠道类器官导致早期生长刺激，随后是干细胞耗竭或增强的终末分化。
接下来，作者使用RNA测序进行基因表达分析。RANK刺激小肠类器官导致NF-κB途径的激活和多个抗凋亡基因的诱导。RANK在肠道祖细胞中转录，随后在分化的肠道上皮中维持RANK蛋白。在干细胞、瞬时扩增（TA）细胞和吸收性肠细胞系细胞中检测到抗凋亡基因的诱导（图1e）。RANKL处理的类器官表现出对辐射损伤的增强存活（图1f）。BMP2的显著上调主要在肠细胞（未成熟和成熟）祖细胞中观察到，但在循环干细胞中也以低水平发现；BMP2调节的靶基因Id2和Id3在干细胞、TA细胞和吸收性肠细胞中显著诱导（图1g）。
BMP受体阻断剂BMPi以及拮抗BMP信号传导的NOGGIN处理RANK刺激的类器官。BMPi和NOGGIN处理挽救了RANKL处理类器官的干细胞耗竭表型（图1h-i）。RANK-RANKL刺激通过BMP2信号传导改变干细胞微环境，并增强抗凋亡途径以及细胞增殖。
图1. RANK-RANKL驱动小鼠肠道类器官的生长和干细胞耗竭
2. RANK在体内的持续激活
为了研究长时间的RANK激活是否会导致体内肠道干细胞耗竭，作者生成了一个转基因小鼠品系，该品系在肠道上皮中条件性地表达一个持续激活的RANK突变体，称为caRANKvil -Tg小鼠。在3周龄时，caRANKvil - Tg小鼠表现出小肠绒毛的显著扩张（图2a）。在年长的caRANKvil - Tg小鼠中，作者观察到OLFM4+肠道干细胞的数量减少（图2b）。绒毛长度缩短，这些小鼠的隐窝和绒毛数量减少（图2c）。肠道上皮中持续激活形式的RANK的表达，首先导致绒毛扩张，随后是干细胞丢失，绒毛结构改变以及小鼠过早死亡。
接下来，作者评估了NF-κB信号传导在体内的功能相关性，RANK激活后NF-κB信号传导显著失调。在肠道上皮细胞中删除Traf6增加了OLFM4+干细胞的数量，并恢复了年长caRANKvil - Tg小鼠中观察到的缩短的绒毛长度（图2d、e）。因此，持续激活的RANK的影响部分由TRAF6和NF-κB驱动。
图2. RANK在体内的持续激活调节肠道干细胞生态位
3.RANK控制繁殖期间的肠道扩张
为了评估RANK驱动的绒毛扩张在肠道稳态中的生理作用，作者生成了肠道上皮特异性的Rank基因敲除小鼠（RankΔvil小鼠）。在未生育的RankΔvil小鼠中，绒毛形态似乎没有受到Rank缺失的影响（图3a）。经历凋亡的绒毛上皮细胞数量以及OLFM4+肠道干细胞和干细胞分裂的数量也未发生变化（图3b）。因此，肠道上皮细胞中RANK的失活并未破坏肠道干细胞稳态。
接下来，作者研究了RANK - RANKL系统在肠道中的生理功能。作者观察到在妊娠晚期以及特别是在哺乳的野生型小鼠中，肠道明显变大（图3a）。对无菌小鼠进行妊娠实验，发现即使在没有肠道微生物群的情况下，肠道上皮扩张仍然发生。此外，在出生后第一天移除幼崽停止哺乳，会导致母鼠的绒毛变小。用cabergoline（一种临床上用于降低催乳素水平的药物）处理哺乳小鼠，导致肠道绒毛以及作为对照的乳腺变小（图3c-e）。在肠道上皮细胞中删除Traf6模拟了哺乳RankΔvil母鼠受损的上皮扩张（图3f）。因此，RANK-RANKL部分通过TRAF6信号传导，构成了妊娠和哺乳期间肠道上皮适应的分子途径。
图3. RANK-RANKL控制妊娠和哺乳期间的肠道绒毛扩张
4. 肠道扩张中RANKL的来源
在肠道上皮细胞中，作者没有检测到未生育和哺乳期雌性之间Rank表达的明显变化，表明该系统由RANKL水平控制。为了确定表达RANKL的细胞类型，作者对小鼠固有层细胞进行了单细胞RNA测序分析；在哺乳小鼠中，Rankl表达在T细胞、先天性ILC2和ILC3细胞以及一小部分间充质细胞中观察到。在妊娠/哺乳期间，肠道固有层细胞中RANKL表达被诱导，并表明Twist2 - cre表达的间充质细胞和T细胞是RANKL的局部来源，然后激活肠道上皮细胞上的RANK信号传导，以驱动适应性绒毛扩张。
5. 跨代效应
作者收集了哺乳期RankΔvil母鼠的乳汁。与对照组相比，RankΔvil母鼠的乳汁中多种脂肪酸、甘油三酯和脂溶性维生素A的含量降低，而氨基酸或水溶性维生素B1、B2和B4看起来正常（图4a）。重要的是，作者还观察到在哺乳期RankΔvil雌性小鼠的乳汁中，黏膜IgA显著减少，但IgG没有减少（图4b）。在母鼠的肠道上皮中消除RANK会导致哺乳期母鼠乳汁中的代谢和免疫变化。
出生后，RankΔvil母鼠所生的幼崽继续表现出体重减轻，特别是在哺乳期间，并且终生保持较小的体型（图4c）。作者观察到在高脂饮食（HFD）下，RankΔvil母鼠的后代出现葡萄糖耐受不良和空腹血糖增加（图4d–f），以及明显的胰岛素抵抗（图4g、h）。因此，母鼠中依赖RANK的绒毛扩张对于有效滋养其后代是必需的，并且在代谢压力下会导致跨代葡萄糖耐受不良。
图4. RankΔvil母鼠后代的跨代效应
6. RANK控制人类肠道干细胞
作者检查了RANK介导的肠道上皮扩张是否也在人类中发生。作者从一位健康女性供体生成了人类十二指肠类器官，RANKL刺激确实触发了形态变化（图5a）。与抗凋亡程序的诱导一致，RANKL处理在这些人类肠道类器官接受辐射后促进了细胞存活（图5b）。
RANK刺激还影响了细胞分裂（图5c），并废除了人类十二指肠类器官的传代（图5d）。作者使用BMP受体阻断剂LDN-193189（BMPi）挽救RANK诱导的OLFM4+干细胞减少和增殖缺陷（图5e）。为了验证BMP信号传导在RANK诱导的干细胞耗竭中的作用，作者将BMPR1A基因敲除人类肠道类器官暴露于RANKL；遗传性抑制BMP信号传导途径完全挽救了RANK驱动的干细胞耗竭（图5d、f）。因此，作者在小鼠中的观察在人类中也成立：RANK-RANKL驱动肠道类器官的生长，同时通过BMP信号传导控制肠道干细胞的自我更新能力。
图5. RANK-RANKL控制人类肠道类器官中的干细胞
结论
作者研究发现民间配资炒股，通过减少细胞死亡和干细胞维持，RANK-RANKL驱动肠道上皮的扩张，确定了母体在怀孕和哺乳期间适应增加的营养需求的途径，与进化和人类健康具有重要相关性。
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