钙瞬变调控非洲爪蟾皮肤发育中基底祖细胞的顶端突出：揭示上皮形态发生的新机制

这篇研究揭示了钙离子（Ca2+）瞬变通过磷脂酶C（PLC）/Ca2+/钙调蛋白（Calmodulin）信号轴调控多纤毛细胞（MCC）顶端突起的分子机制，阐明了钙信号通过稳定顶端肌动蛋白网络驱动上皮整合的细胞自主性作用，为理解组织形态发生和稳态维持提供了新视角。

　　

引言

上皮组织的形态发生和稳态维持依赖于基底祖细胞整合到现有上皮层的过程，称为顶端突起（apical emergence）。非洲爪蟾（Xenopus）的皮肤黏膜上皮发育为研究这一过程提供了理想模型。多纤毛细胞（MCC）作为基底祖细胞的代表，需通过顶端突起插入表层上皮，其机制涉及极性建立、细胞间机械探测和细胞骨架重塑。近年研究发现，顶端肌动蛋白网络产生的二维推力是MCC插入的关键驱动力，但调控该网络的分子机制尚不明确。

钙瞬变先于MCC顶端突起

活体成像显示，MCC在顶端突起前会自发产生持续时间约20秒的细胞自主性钙瞬变（Ca²⁺ transients）。通过特异性表达钙指示剂GECO-RED，研究者发现钙瞬变与MCC顶端表面积扩张呈显著正相关。值得注意的是，钙瞬变仅出现在成功插入上皮的MCC中，提示其可能是顶端突起的必要条件。

钙信号的必要性

通过药物抑制内质网钙释放通道（IP₃R）或光遗传学工具PACR特异性螯合钙离子，研究者证实钙瞬变缺失会导致MCC插入失败或表面积扩张缺陷。值得注意的是，钙信号不影响MCC的基底极性和微管锚定，但显著破坏顶端肌动蛋白网络的稳定性。

PLC/钙调蛋白信号轴的核心作用

磷脂酶C（PLC）活性分析显示，其脉冲式激活先于钙瞬变发生。抑制PLC或表达其显性负突变体PH-PLCD1会阻断钙瞬变，导致MCC插入缺陷。下游机制研究表明，钙调蛋白（Calmodulin）作为钙离子效应器，通过结合基底体和顶端肌动网络发挥作用。突变钙调蛋白的EF-hand结构域（CALM1234）可模拟钙信号缺失表型，证实Ca²⁺/Calmodulin复合物对肌动蛋白稳定的直接调控。

肌动蛋白网络的动态调控

高分辨率成像结合光漂白恢复（FRAP）实验揭示，钙信号通过减缓肌动蛋白解聚速率维持网络稳定性。当联合使用低剂量肌动蛋白解聚剂Latrunculin A和钙抑制剂时，顶端网络结构完全崩溃，证实钙信号是抵抗机械应力导致网络解体的关键缓冲机制。

跨细胞类型的保守调控

研究进一步发现，钙瞬变同样调控离子转运细胞（ISCs）和小分泌细胞（SSCs）的顶端突起。时序特异性抑制实验显示，不同细胞类型的钙信号需求与其突起波次严格对应，提示这是上皮更新的普适性机制。

理论与应用意义

该研究首次建立了PLC/Ca²⁺/Calmodulin信号轴与顶端肌动网络稳定的因果关系，为理解纤毛上皮发育异常（如原发性纤毛运动障碍）提供了新视角。钙信号作为可药物干预的靶点，可能成为促进组织修复的策略方向。未来研究将聚焦于钙调蛋白下游的肌动蛋白结合蛋白鉴定，以及该通路在哺乳动物组织再生中的保守性验证。