Nature惊人发现:机体器官也分男女

【字体: 时间:2016年02月22日 来源:生物通

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  一项新研究表明,我们体内的器官或许也有自己的性身份。我们的器官有可能也分“男女”,这一观点由此向我们提出了一种可能:女性和男性或许需要接受不同的治疗。这些研究发现还阐明了某些癌症在女性中更为常见,而另一些在男性中更为常见的原因。

  

生物通报道  一项新研究表明,我们体内的器官或许也有自己的性身份。我们的器官有可能也分“男女”,这一观点由此向我们提出了一种可能:女性和男性或许需要接受不同的治疗。这些研究发现还阐明了某些癌症在女性中更为常见,而另一些在男性中更为常见的原因。

这项发表在2月17日《自然》(Nature)杂志上的研究,是由伦敦大学帝国理工学院MRC临床科学中心(CSC)的一个研究小组在果蝇身上完成。

该研究的领导者、CSC肠信号与代谢研究组组长Irene Miguel-Aliaga说:“我们想问一个非常基础的问题:是只有发育成熟生物性器官的细胞‘知道’它们的性身份,还是其他器官的细胞也是这种情况——这是否很重要。”

为此,这一CSC研究小组检测了果蝇的肠干细胞。他们采用了一些遗传工具来特异地“开启”和“关闭”这些细胞中的一些基因。这使得他们能够改变这些细胞,使之更加的偏“雌性”或偏“雄性”。当研究小组让果蝇的肠干细胞雌性化或是雄性化时,这改变了细胞增殖的程度。女性或女性化的细胞能更好地增殖。

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这种增强的能力似乎准许了雌性果蝇的肠道在生殖过程中生长。Miguel-Aliaga以往曾证实,在交配后雌性果蝇肠道会调整大小,改变代谢来维持生殖。当时她推测如果这样的扩大也帮助确保了向人类发育中的胎儿提供最佳的营养,这或可帮助解释妇女在妊娠期间不需要“多吃东西”的原因。

在当前的研究中,研究小组发现雌性化成人肠干细胞的影响是可逆的。论文的第一作者、CSC和EMBO博士后Bruno Hudry说:“如果我们取一只雌性果蝇,在成年期时我们让肠道干细胞雄性化然后等待观察,在三周内肠道就会缩小至雄性样、更小的尺寸。”

研究小组还发现雌性肠道更易发生肿瘤。“我们发现相比于雄性,在雌性中构建遗传诱导肿瘤要容易得多。因此我们推测存在着一种权衡取舍。雌性需要这种增高的可塑性来应对生殖,但在某些情况下可能是有害的,使得雌性肠道更容易患癌。”


众所周知,脊椎动物性腺或性器官保有相当大的可塑性:在小鼠成体卵巢和睾丸细胞可以在一个简单的遗传改变后转分化为对应细胞。因此性腺中的细胞必须在出生后的整个生命期间不断地强化它们的性身份。

研究小组认为,新研究是第一次证实了性腺之外成体细胞中的这种可塑性。“如果现在我们取来已让其干细胞雄性化的果蝇,让这一果蝇交配,我们可以看到它的肠道不会响应生殖而调整大小。因此我们认为,干细胞性身份赋予了雌性肠道独特的可塑性,”Hudry说。

尽管随着胎儿的发育雄性和雌性会形成性别特异性的器官,这一点显而易见,但根据Miguel-Aliaga所说,一直存在一种假设认为:两性体内同样的器官差异性地发挥功能,是由于不同的循环激素——例如,女性和男性体内在青春期发挥作用的雌激素和睾酮。

令人惊讶地是,存于两性体内的一种成体器官,如肠道中仍然存在差异,而这些并非是由发育史或循环激素所致。使用果蝇模型的好处就是,研究小组可以雄性化或雌性化单个的成体干细胞,在不改变果蝇发育史或循环激素的情况下探索结果。

在这项研究中,研究小组鉴别出了这种性转换背后的一种潜在的重要新机制,这一机制有可能在我们体内比以往确认的更多的器官和组织中起作用。Miguel-Aliaga认为这是这篇Nature论文重要的一个研究发现。

雄性或雌性特征的形成涉及一系列的遗传事件。“我们看到在这一级联反应的顶端性决定因素是活化的,但在性器官或发育过程中这一级联反应中过去证实活化的部分,却不在这些干细胞中发挥功能。这告诉我们性决定信号通路有一个新的分支在起作用。”

直到现在,人们都一直认为具有性身份的细胞就是这一识别的级联反应活化的细胞。“我们发现了一个独立于它的新机制,这有可能意味着果蝇中的每个细胞都具有性身份。”

根据Miguel-Aliaga所说,这提出了一种有趣的可能性:在更多果蝇器官中的细胞不像以前推测的那样,而是有自己的性身份,在人类可能也是这种情况。

“我们想知道这一新分支是什么,我们已经在肠干细胞中发生了三个重要的基因,并且很想知道这三个基因是否在肠以外的其他机体组织中发挥相似的作用。”研究小组急切地想进一步检测这三个基因,因为人类也携带着与这三个基因相似的一些基因。

MRC种群与系统医学委员会主席Des Walsh博士说:“这项研究是一个很有意思的生物研究,扩展了我们对于男女生理差异的认识。”

多年来,科学家们一直在积极地探索男女之间生理结构、行为、病理方面的差异及其背后的潜在机制。来自约翰霍普金斯大学的科学家们发现了男性和女性的身体结构有着明显的差异,其中的神经也具有性别特异性的惊人机制,证实雄性激素(如睾酮)能够通过调节生长因子BDNF使已经到达乳腺的神经撤回,该研究发表Science杂志上(Science惊人发现:激素吹响神经撤退号,塑造男女之别 )。

加拿大的研究人员在Science杂志上的一项研究首次证明微生物组男女有别。生命早期接触胃肠道细菌可帮助小鼠预防自身免疫性疾病。这项研究还揭示了相比于男性,女性多发性硬化症、类风湿性关节炎和红斑狼疮等自身免疫性疾病风险更高的原因(Science解析微生物组,首证男女有别 )。

宾夕法尼亚大学的研究人员则揭示出了男女性行为差异发生的机制,揭示出了在对雄性啮齿类动物性行为至关重要的一个大脑区域——视前区(POA)中,雌性表型是DNA甲基化抑制雄性相关基因的结果(Nature破解50年谜题:男女为何大不同?)。

生物通推荐原文摘要:

The sexual identity of adult intestinal stem cells controls organ size and plasticity

Sex differences in physiology and disease susceptibility are commonly attributed to developmental and/or hormonal factors, but there is increasing realization that cell-intrinsic mechanisms play important and persistent roles1, 2. Here we use the Drosophila melanogaster intestine to investigate the nature and importance of cellular sex in an adult somatic organ in vivo. We find that the adult intestinal epithelium is a cellular mosaic of different sex differentiation pathways, and displays extensive sex differences in expression of genes with roles in growth and metabolism. Cell-specific reversals of the sexual identity of adult intestinal stem cells uncovers the key role this identity has in controlling organ size, reproductive plasticity and response to genetically induced tumours. Unlike previous examples of sexually dimorphic somatic stem cell activity, the sex differences in intestinal stem cell behaviour arise from intrinsic mechanisms that control cell cycle duration and involve a new doublesex- and fruitless-independent branch of the sex differentiation pathway downstream of transformer. Together, our findings indicate that the plasticity of an adult somatic organ is reversibly controlled by its sexual identity, imparted by a new mechanism that may be active in more tissues than previously recognized.

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