Nature新文章解答干细胞长期疑惑

　　

生物通报道  定位在肠隐窝中的静态细胞是否是干细胞，长期以来存在很大的争议。答案似乎可以说是也可以说不是，这取决于你对于“干细胞”这一术语的定义。

小肠上皮细胞层是哺乳动物机体的自我更新支持者，它的生命周期只有4-5天。结合其特征性的隐窝-绒毛结构，这一上皮细胞成为了研究哺乳动物干细胞的选择模型。肠隐窝两种干细胞群（一种快速循环，一种静止）的功能及相互关系一直是引起注意且存在争议的一个重要问题。在近期发表在《自然》（Nature）杂志上的一篇论文中，来自英国剑桥大学肿瘤癌症研究所的研究人员利用一种巧妙的策略，遗传标记静态隐窝细胞，由此阐明了这些问题。

成体干细胞的操作性定义有两个标准。第一，这样的细胞必须能够在动物的整个生命周期自我更新和维持，第二，必须具有多能性，即能够生成一种组织所有的细胞类型。此外，自从发现血液系统造血干细胞不常发生分裂以来，所有的干细胞类型均被默认为是静态的。由于干细胞能够保留实验导入的分子，标记它们的DNA或染色质，这使得检测非增殖状态变得容易，这让标记滞留（label retention）成为了一种受欢迎的替代干细胞标记物。

隐窝底的干细胞形成年轻上皮细胞后，在分化及离开隐窝前2天，这些上皮细胞会频繁增殖。细胞随后移动到绒毛侧面处理营养物，最终在4-5天内在绒毛顶端死亡。同样来源于干细胞的潘氏细胞（Paneth cell）却能在隐窝底存留1-2个月，被认为在那里维持了干细胞更新，及保护对抗细菌。

十年前，科学家们定义了隐窝干细胞两种选择性的身份。一方面，有人认为，挤在潘氏细胞之间的小增殖细胞是隐窝干细胞。后来，蛋白质Lgr5被确定为是这些细胞的一种灵敏标记物，提供了它们体内“干性”（ stemness）的证据。随后，单一表达Lgr5(Lgr5+)的细胞被证实在体外形成了不断扩大的、可移植的“微型肠”。另一方面，研究人员在潘氏细胞上方+4位点直接标记出了DNA标记滞留细胞(LRCs)。随后他们报道了静态“+4 LRCs”的一些分子标记物，其中包括Bmi1蛋白。

在这篇文章中，英国剑桥大学肿瘤癌症研究所的Buczacki及同事们重新评估了隐窝LRCs的特性。作者们对所有隐窝细胞进行了标记，在这些细胞中短暂表达与黄色荧光蛋白（YFP）融合的稳定染色质标记组蛋白2B。随时间推移发生的事件非常的有趣。在荧光脉冲之后，所有的分裂细胞均快速稀释该标记。一周后，仍然带着这一标记的细胞——LRCs是只能在隐窝底附近见到，其中包括潘氏细胞。而在标记的最初，一些非潘氏细胞LRCs非常明显，且惊人地共表达Lgr5、潘氏细胞标记和+4标记。Buczacki推论，第二种LRC代表了潘氏细胞不分裂前体。

随后研究人员测试了这些LRCs的特性。发现在健康小鼠中这些LRCs不会分裂。而当隐窝受到损伤时，这些LRCs形成了大量的持久存在的隐窝-绒毛结构。此外，在培养物中，Buczacki等证实分离的LRCs形成了微型肠，证实这些细胞可以恢复干细胞样行为。

Buczacki等在当前的研究中统一了早期关于隐窝干细胞身份的理论。循环Lgr5+干细胞是隐窝自我更新的发动机。它们生成了短暂的不分裂子细胞群，这些子细胞既表达Lgr5，也表达静态+4干细胞标记物，因此有可能代表了+4 LRCs细胞。这些细胞肯定会分化成为相对长寿的潘氏细胞。作为个体细胞，LRCs在数周之内即消失，因此不能被视作是干细胞。然而，循环Lgr5+干细胞不断地生成LRCs，因此LRCs起着“储备干细胞”的作用，一旦组织受损时就会召集它们发挥作用。隐窝干细胞这种惊人的分级设计可以用于解释在这一成体干细胞分室中观察到的许多相互矛盾的现象。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Intestinal label-retaining cells are secretory precursors expressing Lgr5

The rapid cell turnover of the intestinal epithelium is achieved from small numbers of stem cells located in the base of glandular crypts. These stem cells have been variously described as rapidly cycling or quiescent. A functional arrangement of stem cells that reconciles both of these behaviours has so far been difficult to obtain. Alternative explanations for quiescent cells have been that they act as a parallel or reserve population that replace rapidly cycling stem cells periodically or after injury; their exact nature remains unknown. Here we show mouse intestinal quiescent cells to be precursors that are committed to mature into differentiated secretory cells of the Paneth and enteroendocrine lineage. However, crucially we find that after intestinal injury they are capable of extensive proliferation and can give rise to clones comprising the main epithelial cell types. Thus, quiescent cells can be recalled to the stem-cell state. These findings establish quiescent cells as an effective clonogenic reserve and provide a motivation for investigating their role in pathologies such as colorectal cancers and intestinal inflammation.