多细胞星形肌动蛋白网络支撑上皮组织结构与连接性的机制研究

本研究针对上皮组织在维持结构稳定性中的关键问题，研究人员通过构建成年小鼠肠绒毛和体外类器官模型，发现了一种由肌动蛋白星体（AcS）组成的组织级肌动球蛋白网络。该网络通过连接双细胞连接点形成多细胞阵列，不仅维持上皮形态稳定性，还作为基底锁限制细胞迁移和组织破坏。这一发现揭示了星形肌动蛋白网络作为协调上皮层组织的关键生物力学系统，为理解上皮稳态和疾病发生提供了新视角。

　　

上皮组织作为机体内外环境的屏障，其结构稳定性和功能协调性对维持生理平衡至关重要。尽管双细胞连接和肌动球蛋白网络在上皮完整性和重塑中的作用已被广泛研究，但这些结构如何协同维持组织组织仍不清楚。特别是在哺乳动物肠道等高度动态的组织中，上皮细胞如何通过机械力协调集体行为仍是一个悬而未决的问题。

为了解决这一问题，来自法国Institut Jacques Monod等机构的研究团队在《Nature Communications》发表了一项突破性研究。他们发现成年小鼠肠绒毛和类器官模型的分化上皮细胞基底面存在一种独特的星形肌动蛋白（actin star, AcS）网络结构。这一发现不仅揭示了上皮组织的新型力学调节机制，还为理解组织稳态和疾病发生提供了全新视角。

研究采用了多项关键技术：类器官来源的二维单层培养模拟肠道组织模式；高分辨率显微镜（Airyscan和N-SIM）观察AcS超微结构；激光消融实验分析组织张力传播；光激活blebbistatin局部调控肌球蛋白活性；基于顶点模型（vertex model）的计算模拟预测力学行为。

分化肠上皮细胞形成基底星形肌动蛋白结构
研究发现，在肠绒毛分化区域，上皮细胞基底面存在由中心节点和6条放射状分支（长约5μm）组成的AcS结构。这些结构通过E-钙黏蛋白（E-cadherin）介导的"指状"膜折叠与相邻细胞的AcS分支相连，形成跨越多个细胞的三角形网络。值得注意的是，AcS仅出现在分化区域，而在增殖性隐窝中缺失。

AcS组装依赖细胞收缩性和机械环境
高分辨率成像显示，肌球蛋白IIA（myosin-IIA）和磷酸化肌球蛋白轻链2（P-MLC2）主要富集在AcS节点（占总收缩信号的61%）。实验证实，抑制肌球蛋白活性（blebbistatin处理）会破坏AcS，而恢复收缩性可使AcS在50分钟内重组。基板硬度实验表明，300 Pa的软基质最有利于AcS形成，而较硬基质（5.2 kPa）会促使应力纤维形成。

AcS网络维持上皮形态稳定性
功能研究表明，AcS通过限制基底细胞扩展使上皮细胞保持柱状形态。抑制AcS形成会导致细胞高度降低（从10.43降至8.13μm）和基底面积增加（从63增至73μm²），同时降低细胞的六边形有序性。激光消融实验显示，AcS网络能在组织尺度传递张力，消融后相邻节点以约5μm/s的速度回缩。

AcS作为基底锁限制细胞动态
研究发现AcS网络能抑制基底片状伪足形成。局部激光消融AcS节点会触发细胞基底扩展（周长从2.6增至75.8μm）和突起形成。细胞追踪分析显示，抑制AcS会增加细胞运动持续性（扩散系数从0.015增至0.044）和速度空间相关性（相关长度从40增至70μm）。

这项研究首次揭示了星形肌动蛋白网络作为哺乳动物上皮组织的关键力学调节系统。通过整合实验和模型，研究人员证明AcS网络通过以下机制维持上皮稳态：（1）在低粘附/高收缩性条件下自组装；（2）通过E-钙黏蛋白连接形成多细胞张力网络；（3）限制基底细胞动态，促进组织有序化。这些发现不仅为上皮形态发生提供了新的力学解释，也为理解肠道屏障功能障碍等病理过程提供了新思路。特别值得注意的是，AcS网络与经典的顶端肌动球蛋白带形成空间互补，共同构成了上皮细胞机械调节的"双保险"系统。该研究建立的类器官模型和力学分析方法，为后续研究其他上皮组织的结构-功能关系提供了重要工具。