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Cell揭开百年谜题:发现干细胞的“保护伞”

来源:    作者:    时间:2016-06-07    点击: 次   

 

细胞是机体最快速分裂的细胞,总是在忙于生成新细胞来取代不断脱落的细胞。然而研究表明,不同于身体其他部位的干细胞,肠道中的干细胞被隐藏了起来,并且这有着充分的理由。
华盛顿大学医学院的一项新研究表明,干细胞定位在肠道的一些口袋中,避免了与肠道有益微生物生成的一种重要代谢产物接触。这种代谢产物:丁酸限制了干细胞增殖,有可能阻碍了炎性肠病(IBD)如克罗恩病和结肠炎造成损伤后肠道修复自身。
研究人员证实,肠壁内一些称作为Leiberkuhn隐窝的微小口袋通常保护了干细胞免受丁酸伤害。但当肠道受损时,丁酸可以接近这些干细胞,抑制了它们的增殖。
论文的资深作者、病理学和免疫学教授、发育生物学教授Thaddeus Stappenbeck说:科学家们知道这些隐窝已有250多年,但从未真正了解它们存在的原因。基于我们的研究结果,我们猜想隐窝已进化为保护干细胞,以使肠道能够有一条途径不断地更新它的内壁。
自从上世纪90年代以来,一些临床试验也在评估丁酸作为炎性肠病的一种疗法但却一直未能确凿地证实其起作用,尽管已知它具有一些抗炎特性。新研究结果表明了原因:作为干细胞增殖的一种有效抑制剂,丁酸阻止了肠道补充它的细胞。
Stappenbeck 说:当急性损伤或疾病造成肠壁受损时,干细胞必须进行分裂来修复损伤。抑制干细胞增殖可能是丁酸治疗一个令人遗憾的副作用。
生活在肠道中的微生物会加工我们饮食中的营养物质,合成维生素。作为执行这些工作的一个组成部分,微生物会生成影响人类健康和疾病,包括炎性肠病、肥胖、哮喘和心脏病的一些代谢产物。
Stappenbeck和博士后Gerard KaikoStacy Ryu博士,在实验室中培育了肠干细胞,筛查了小鼠肠道微生物生成的100种最丰富的代谢产物,了解它们提高干细胞增殖的能力。他们发现没有代谢产物增强了干细胞扩增,但他们发现了一种代谢产物丁酸减慢了干细胞增殖。
但当他们额外给予小鼠丁酸时,肠干细胞的增殖没有发生改变,无论动物接受了多少丁酸。
研究的共同第一作者Ryu说:在小鼠体内,干细胞聚集在隐窝的底部,而在实验室中干细胞直接暴露于丁酸下。我们开始想知道隐窝结构是否保护了干细胞免受丁酸损害。
研究人员检测了肠道内表面(生成丁酸的细菌定居之所)和隐窝底部(干细胞定居之所)的丁酸水平,发现隐窝中的丁酸水平要低得多。此外,肠道表面的成熟细胞不会受到丁酸损伤,当做食物消耗了它,进一步防止了干细胞遭遇这种代谢产物。
大多数脊椎动物的肠道都包含隐窝,但有一些则不包含。例如,年轻斑马鱼没有隐窝,然而它们的肠干细胞行为就像高等生物中的肠干细胞一样,快速地分裂取代受损细胞。
与小鼠形成对照,当研究人员将年轻斑马鱼暴露于丁酸之下时,他们看到斑马鱼肠干细胞增殖速度减慢。研究人员认为,由于斑马鱼没有生成丁酸的肠道微生物,它不需要一种机制来保护肠干细胞免受这种代谢产物的损伤。
我们认为生成丁酸的细菌是隐窝进化的驱动力之一,但我们需要进行系统的调查来阐明,有肠道隐窝的动物与携带丁酸生成菌的动物之间是否有关联。在我们能够得出明确的结论之前,还有许多的工作要做。(来源:生物通)
 
The Colonic Crypt Protects Stem Cells from Microbiota-Derived Metabolites

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