中外学者最新论文挑战传统观点：肠道细胞在其一生中会改变功能

　　

   

   

本研究中用于模拟BMP信号对分化的影响的人体肠道类器官。

肠道细胞在其生命过程中会发生特化变化。BMP信号通路——细胞间重要的通信机制——似乎是这些变化的驱动因素。这是汉斯·克莱夫斯(Hans Clevers, Hubrecht institute)和 陈晔光(Ye-Guang Chen, Tsinghua University, Beijing)在对器官和小鼠进行研究后得出的结论。这项研究为治疗代谢性疾病的潜在目标提供了新的见解。

 肠壁是由不同类型的细胞组成的。例如，一些负责营养的摄取，而另一些则产生激素。长期以来，人们一直认为肠细胞在形成后只专注于一种功能，直到死亡。然而，最近的研究表明，这些细胞可以发生改变。而且研究人员发现这些变化是由BMP信号通路驱动的。

变化的动力

BMP信号通路是人体众多信号通路之一。这样的途径形成了细胞之间的通信线路：当一个细胞产生蛋白质时，它给下一个细胞一个信号，然后下一个细胞再产生蛋白质。最终，这整个蛋白质生产的级联触发了某些过程，例如在胚胎发育过程中很重要的过程。该项目的研究人员之一Joep Beumer解释说:“我们知道BMP信号在肠道细胞的初始特化中起着重要作用。我们现在发现，它也是这些细胞一生中发生特化变化的驱动因素。

迁移

肠细胞由位于肠壁凹痕(即隐窝)的干细胞产生。之后这些肠细胞沿着肠绒毛向上迁移。在它们的迁移过程中，它们执行着某种功能，例如吸收营养物质或产生激素。一旦它们到达绒毛顶部，就会死亡。“肠道细胞沿着绒毛迁移时，其功能发生了变化。例如，它们在绒毛的下部(开始时)产生抗菌成分，而在随后的旅程中，它们参与吸收脂肪。”这种细胞功能上的逐渐变化称为分区（zonation，生物通注）。“与此同时，BMP信号通路在隐窝和绒毛下部并不十分活跃，而在绒毛上部变得越来越活跃。

人类类器官

科学家们在他们的研究中使用了肠道类器官。这些微小的3D结构可以在实验室中生长，模仿肠道的功能。在这些微型肠道中，研究人员能够模拟低或高BMP信号的条件，类似于沿着肠绒毛改变的环境。他们利用单细胞RNA测序技术，发现了一个令人惊讶的发现。这项技术可以让人们看到哪些基因是活跃的，哪些是不活跃的。Jens Puschhof解释说:“当BMP在类器官中活跃时，这些微型肠道中的细胞与位于绒毛顶部的细胞相同，而BMP的失活使类器官中的细胞与位于绒毛下部的细胞相似。换句话说，分区结果被证明依赖于BMP信号通路。”

小鼠模型

在类器官中发现的结果必须在活生物体中得到证实。清华大学陈晔光教授等人采用了一种小鼠模型，在该模型中，BMP信号在肠道中被关闭。在肠道中BMP信号通路不活跃的小鼠中，肠道细胞在从隐窝迁移到绒毛的过程中不再发生特化。“这证实了我们的结论：BMP信号是肠细胞分区背后的驱动因素”。

方法学意义

这项发表在《细胞报告》(Cell Reports)上的研究，对使用类器官进行研究具有重要意义。Fjodor Yousef Yengej说:“通常，研究人员会在类器官中抑制BMP信号。虽然这被证明有利于生长，但并不是肠道的所有功能都体现在这些培养中。”研究某些主题（例如脂肪吸收）可能需要激活 BMP 信号传导。

代谢疾病的治疗

除了为肠道细胞在其生命中的功能提供这些新的基本见解外，这项研究可能最终有助于开发代谢疾病的新治疗方法。

“在某些代谢性疾病中，身体某些部位如肝脏有脂肪堆积，或肠道激素失衡。我们现在知道活跃的BMP信号会刺激脂肪吸收，所以如果我们可以抑制这些患者的信号，我们也可以影响脂肪吸收，”针对肠道的BMP抑制剂尚未开发，但将对新陈代谢产生广泛的有益影响。

文章标题

BMP gradient along the intestinal villus controls zonated enterocyte and goblet cell states