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这么简单的事情,我们可能错了几十年?
2019-08-16 18:00

这么简单的事情,我们可能错了几十年?

本文来自微信公众号:学术经纬(ID:Global_Academia),头图来自视觉中国


8月16日,最新一期《科学》杂志如约上线。在多篇论文中,一项研究得到了《科学》的特别关注——专文评述指出,正是由于这项研究,我们才得以发现,关于肠道细胞的一个主流模型,我们可能错了几十年……


▲今日《科学》官网上线专文评述,指出该研究挑战了长久以来的观点(图片来源:《科学》官网截图)


先来说说这个主流模型。我们知道,小肠里有许多绒毛,它们是人体吸收营养的重要场所。在显微镜下,每一根绒毛都由大量细胞组成。其中位于绒毛最外层的,就是上皮细胞。


▲小肠绒毛的结构示意图,最外层的就是上皮细胞(图片来源:BallenaBlanca [CC BY-SA 4.0])


这些上皮细胞是怎么产生的呢?过去几十年里,绝大多数科学家认同这样一个观点:在每根绒毛的底部,有一些具有干细胞活性的细胞。它们会不断分化和分裂,产生新的细胞。这些新产生的细胞会把年纪较大的细胞“往上顶”,从绒毛底部一直“顶”到顶部。在绒毛顶部,那些老化的上皮细胞则会逐渐脱落,为后来人腾出位置。


▲过去的主流观点认为,底部的细胞不断分裂,推动上皮细胞往绒毛顶部移动(图片来源:参考资料[3])


这个动态的模型是如此优美,以至于人们未经太多验证,就纷纷将其认作为真实。然而,一支来自法国和奥地利的跨国团队却在本研究中指出,新的上皮细胞并非是被“被动”地顶上绒毛顶部,而是“主动”爬上去的!


而证明这一观点的多个实验,被《科学》杂志的专文点评为“引人入胜”。


在第一个实验里,研究人员们使用一种叫做羟基脲(hydroxyurea)的药物,来短暂抑制细胞分裂。按过去的主流模型,如果新分裂出的细胞是把上皮细胞“顶上去”的源动力,那么抑制细胞分裂,我们应该看到这些绒毛上皮细胞停在原处,或是移动的速度大大放慢。


▲抑制细胞分裂,并不影响上皮细胞的移动(图片来源:参考资料[1])


然而实验结果却表明,抑制新细胞的形成,并不会影响上皮细胞向绒毛顶部的移动。也就是说,它们并不是被动地被新细胞给“顶上去”的。


第二个实验里,研究人员们给一些上皮细胞加上了绿色荧光蛋白标记,好实时观察它们的移动。在过去的主流模型看来,由于只有绒毛底部会不断形成新细胞,因此越接近绒毛顶部,来自新细胞的推动力也会越弱。然而经过显微镜观察与数学分析,研究人员们却发现,这些上皮细胞居然会加速前往小肠绒毛顶部,这也与主流模型的预测不符。


▲研究人员们使用绿色荧光蛋白标记不同的细胞,追踪它们的移动(图片来源:参考资料[2])


综合这两个发现,这支科研团队推测,上皮细胞在小肠绒毛上并非被动移动,而是主动移动。


接下来的研究则找到了背后的机理——研究人员们发现,一种细胞骨架蛋白主导了上皮细胞的移动。它们会让上皮细胞“伸出小脚”,一步一步往上爬。如果使用化学药品,不让上皮细胞“迈出脚”,它们也就失去了移动能力。


▲细胞骨架蛋白会让上皮细胞伸出“小脚”,一步步往上爬(图片来源:参考资料[1])


在总结中,《科学》杂志的专文指出,该研究的结果“出人意料”,却也反映了我们在这一领域多年来的“忽视”。


从应用前景来看,准确理解小肠绒毛上皮细胞的移动机制,有望让我们更好地找到相关疾病的发病机理。而从科研角度来看,这个发现也再次提醒我们,符合观察结果的模型,未必就是最正确的模型。在了解自然方面,我们还有很长的路要走。


▲本研究提出的新模型(图片来源:参考资料[1])


参考资料:

[1] Denis Krndija et al., (2019), Active cell migration is critical for steady-state epithelial turnover in the gut, Science, DOI: 10.1126/science.aau3429

[2] Marnix Jansen (2019), Marching out of the crypt, Science, DOI: 10.1126/science.aay5861 

[3] Hazel Cheng and C. P. Leblond (1974), Origin, differentiation and renewal of the four main epithelial cell types in the mouse small intestine V. Unitarian theory of the origin of the four epithelial cell types, Developmental Dynamics, DOI: http://doi.org/10.1002/aja.1001410407


本文来自微信公众号:学术经纬(ID:Global_Academia)

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