类器官培养常用细胞因子

类器官(Organoids)又称微小器官(Mini-Organs),是在体外经过3D(三维)培养得到的与器官相似的培养物。类器官与普通的3D培养有着本质的区别，其是以干细胞或组织前体细胞作为起始细胞，利用这些细胞的分化和自组织(Self-Organization )能力，形成由多种组织特异性的成熟细胞所组成的立体结构。类器官与体内的来源组织或器官高度相似，并能行使来源组织或器官的功能，如分泌、滤过、神经活动和收缩等。

最早的类器官模型创立于40年前，但因为所得的类器官体外存活时间很短，其应用一直非常受限。直到2009年，荷兰Hubrecht研究所的Hans Clevers和他的博士后Toshiro Sato将小鼠成体小肠隐窝干细胞在Matrigel上经3D培养得到可长期培养的小肠类器官，类器官才真正激发起科研工作者的热情。在不到十年的时间里，已开发出可长期培养的胃、肺脏、肝脏、胰脏、肾脏、脑，视网膜、乳腺、前列腺和肿瘤等多种人和小鼠类器官，这些类器官必将在疾病模型、药物筛选、药物安全性测试、器官移植、发育学和肿瘤学等诸多领域得以广泛应用。

类器官的体外培养涉及多种细胞因子，每种细胞因子在培养过程中发挥重要功能，不同类器官需要因子种类不同，本文主要介绍类器官培养用细胞因子的功能特点，供大家参考。

EGF(表皮生长因子)
别名：Epidermal Growth Factor,Urogastrone,URG

描述：EGF 是目前发现的 EGFR 的主要配体之一，是一种强效生长因子，可刺激多种表皮和上皮细胞的增殖，由于 EGF 配体与细胞外受体（例如 EGF）相结合，EGFR 二聚体化引起胞内域形成酪氨酸激酶活化，激活下游信号通路，经信号的级联反应，最终信号传递至细胞核，调控相应基因的表达，进而控制细胞生长分裂、分化、迁移与粘附等生理活动。此外，EGF还可抑制胃酸分泌，并参与创伤修复过程。EGF通过与C-erbB受体(属I型酪氨酸激酶受体)相结合而传导信号，EGF 是胃肠道、甲状腺、肝脏、脑等多种类器官培养所需的细胞因子。

Structure of human EGF

R-Spondin 1
别名：Roof plate-specific spondin-1,RSPO1

描述：R-Spondin 1(Rspo-1)属于Wnt调节物的Rspo家族。目前发现，该家族包括4个结构上相关的分泌型配体，即Rspo 1-4,它们均含有furin样凝血酶致敏蛋白结构域。Rspo-1表达在发育中的中枢神经系统的某些区域，在肾上腺、卵巢、睾丸、甲状腺和气管中也有发现。Rspo可与Frizzled/LRP6受体复合物相互作用，从而激活Wnt/beta-catenin信号转导途径，该信号调节干细胞的多能性，并且在发育过程中决定细胞的分化命运，对类器官培养至关重要。

Structure of human R-spondin 1

Wnt-3a
别名：Wingless-type MMTV (mouse mammary tumor virus)integration site family member 3a

描述：Wnt-3a属于信号蛋白的Wnt家族，在维持胚胎和成体组织的完整性中发挥着重要的作用。Wnt-3a主要沿跨越中枢神经系统(CNS)重叠区域的背侧中线表达。Wnt-3a信号在包括胚胎成型、细胞决定、细胞增殖、CNS发育和细胞骨架形成等多种形态发生过程中不可或缺。与该家族的其它成员相似，Wnt-3a含有一个高度保守的脂类修饰的半胱氨酸富集域，该区域为细胞信号传导所必需。经典Wnt通路在生物体的胚胎形成和发育以及干细胞的更新和分化中起着重要作用，Wnt通路由胞外Wnt配体同时结合一个七次跨膜受体（Frizzled）和低密度脂蛋白受体相关蛋白5/6（Lrp5/6）而被激活，而体内的E3泛素连接酶ZNRF3/RNF43持续泛素化Wnt受体Frizzled，使Frizzled被降解，从而抑制了Wnt信号通路，而当R-spondin存在时，R-spondin与LGR和ZNRF3/RNF43结合形成复合物，Frizzled的降解被抑制，蛋白水平上升，Wnt通路被又被激活。因此在类器官培养体系中往往Wnt-3a 和R-Spondin两种因子都需要添加。

Structure of human Wnt-3a

Noggin
别名：NOG

描述：Noggin是可扩散蛋白家族的成员，其可结合TGF-β家族的配体分子，并通过抑制后者与相应信号传导受体的接近而调节配体分子的活性。TGF-β配体与其天然拮抗剂的相互作用在发育进程中具有重要的生物学意义，体现在细胞的应答会因局部信号分子浓度的改变而出现显著的差别。Noggin最初认为是BMP-4(该蛋白在头部和其它背部结构正确成型中起关键作用)的拮抗剂，后来的研究显示，Noggin也调节其它BMPs(骨形态发生蛋白),如BMP-2,-7,-13和-14的活性。在小鼠中敲除Noggin基因会导致产前死亡和一种退化表型，即严重的骨骼系统畸形的出现。相反，在成熟的成骨细胞中过表达Noggin,转基因小鼠则会出现成骨细胞分化受损、骨形成减少和严重的骨质疏松等症状。Noggin 作为 Wnt 信号通路及 BMP 信号的重要调控因子，在众多组织器官发育过程中起着重要作用。

Structure of human Noggin

FGF-basic(碱性成纤维细胞生长因子)
别名：Fibroblast Growth Factor-basic,FCF-2,HBGF-2,Prostatropin

描述：FGF-basic是23个已知的FGF家族成员之一，该家族的蛋白通过促进细胞增殖和分化而在多种组织的出生前和出生后发育、以及再生中发挥重要作用,可以促进细胞的增殖和分化。FGF-basic为非糖基化的肝素结合生长因子，表达于脑、垂体、肾、视网膜、骨，睾丸、肾上腺、肝、单核细胞、上皮细胞和内皮细胞。此外，FGF-basic在血管再生以及干细胞的增殖与分化中应用非常广泛，例如间充质干细胞的体外培养需要添加该细胞因子。

Structure of human bFGF

Activin A(活化素A)
别名：Inhibin beta-1,FRP,FSH (Follicle-stimulating hormone)-releasing protein

描述：Activin A是TGF-β超家族的成员之一，具有调节细胞增殖和分化、促进神经元存活等多种生物学活性。在人结直肠肿瘤和罹患乳腺癌的绝经后妇女中均检测到Activin A水平的增加。Activin A的生物学活性可被inhibins(抑制素)和可扩散的TGF-β拮抗剂-Folli-statin(卵泡抑素)所中和。Activin A可与两种Activin I型受体(ActRI-A和Act Rl-B)及两种ActivinⅡ型受体(Act RI-A和Act RII-B)结合。重组的Activin A的分子量为26.0kDa, 是由2条βA链经二硫键连接而成的同源二聚体，每条链含116个氨基酸残基。人、小鼠和大鼠Activin A的氨基酸序列100%一致。该蛋白在肺和前列腺类器官培养中发挥重要作用。

Structure of human Activin A

BMP-4(骨形态发生蛋白4)
别名：Bone Morphogenetic Protein-4, BMP-2B, DVR4

描述：骨形态发生蛋白（BMP）是TGF-β超家族中的成员之一。BMP-4参与骨和软骨的发育和维持,该蛋白具有使未分化间充质定向分化为成骨细胞,并进而合成胶原、形成钙化骨组织能力,因此命名为骨形态发生蛋白。此外,BMP4也与诱导胚胎分化、指导神经干细胞分化、调节肿瘤生长侵袭以及一些心脑血管疾病密切相关，BMP-4的表达减少与许多骨病有关，包括可遗传性疾病骨化性纤维发育不良。在HeLa细胞中表达的重组人BMP-4是一种25.6kDa的同源二聚体糖蛋白，肝脏和肾脏类器官培养往往需要添加此蛋白。

Structure of human BMP-4

FGF-10(成纤维细胞生长因子10)
别名：Fibroblast Growth Factor-10, FGFA, Keratinocyte growth factor-2

描述：FGF-10是一种肝素结合生长因子，属于FGF家族。主要在上皮细胞,间质细胞，参与该类细胞的分化、迁徙以及增殖，研究证明, FGF10是四肢、肺-支气管、牙齿、胰腺、脑垂体、眼睑和皮肤及下颌腺等器官形成中重要的信号调节因子，重组人FGF-10是一种19.3kDa的蛋白质，由170个氨基酸残基组成。此外，作为成纤维细胞因子家族中的重要成员在胚胎发育,上皮-间充质转化,创口再生与愈合,抵抗炎症反应和氧化应激反应中发挥着关键的作用。

Structure of human FGF-10

FGF-7(角质细胞生长因子)
别名：Keratinocyte Growth Factor, Fibroblast Growth Factor-7, HBGF-7

描述：角质细胞生长因子(KGF，Keratinocyte Growth Fatcor)，又称成纤维细胞生长因子7 (fibroblast growth factor 7, FGF7)，属于成纤维细胞生长因子(FGFs)家族的成员之一，是一种对上皮细胞和角质形成细胞具有特异性的促有丝分裂因子。KGF由各种来源的间质细胞分泌，与肝素有较强的亲和力，KGF与靶细胞膜上的受体KGFR特异性结合后，促使受体自身磷酸化，从而启动细胞内信号级联反应，进而发挥多种生物学功能:参与组织器官发育、促进细胞增殖及组织损伤修复。此外，KGF（FGF-7）在肾和肺的发育以及血管生成和伤口愈合中发挥作用。重组人KGF（FGF-7）是一种18.9kDa的蛋白质，由163个氨基酸残基组成。一般在一些肿瘤类器官培养中添加此蛋白。

Structure of human FGF-7/KGF

HGF(肝细胞生长因子)
别名：Hepatocyte Growth Factor, Scatter Factor (SF), Hepatopoietin (HPTA)

描述：HGF是肝脏再生过程中至关重要的有丝分裂原，尤其是在肝部分切除术和其他肝损伤后。HGF存在于动物和人体内多种组织和细胞中，主要来源于肝脏(肝窦内表面的吞噬细胞)、内皮细胞、成纤维细胞、贮脂细胞、肺脏内皮细胞以及恶性肿瘤细胞。胰腺、肠、甲状腺、脑、颌下腺等组织也能合成和分泌HGF，机体内HGF首先以无活性的单链蛋白（HGF/SF）形式分泌，经肝细胞生长因子激活因子切割成成熟的有活性的异二聚体HGF。此外，HGF在促进肝细胞再生的同时参与还能作用于上皮细胞、造血细胞、血管内皮细胞等多种细胞，是一种可调节多种细胞生长、运动和形态发生的多功能因子，在肝脏类器官的培养过程中发挥重要作用。

Structure of human HGF