2019.08.24秦思源分享“肠上皮细胞通过伪足主动迁移”的故事

深藏于我们腹部的小肠，是人体最神奇的器官之一。如果把褶皱的小肠完全展开的话，它就是人体最大的粘膜，它还是人体更新换代最快的组织之一，每3到5天就能把肠绒毛上皮细胞换个遍。

至于替换过程也是相当有趣。

我们都知道绝大多数肠上皮细胞是没有繁殖能力的，只有那些处在小肠上皮凹陷——肠隐窝——里的上皮细胞，才有活跃的分裂增殖能力。那么其他地方的细胞死后，留下的空位置是如何被肠隐窝里的干细胞填补上的呢？

▲ 小肠绒毛、隐窝（Crypt）和上皮细胞（stemcell.com）

首先能确定一点儿，肯定不是肠隐窝里的新生细胞飞过去的。根据科学家多年的观察，学界基本一致认为，肠隐窝的干细胞分裂之后，产生了新的细胞，新的细胞不断生长，就开始挤压周围的细胞，就这么不断地你挤我、我挤你，最终把缺口周边的一个细胞挤进去了。

也就是说，整个过程是个被动的过程，起因是肠隐窝干细胞的有丝分裂增殖产生的推力。

▲ 之前认为的迁移过程（“隔山打牛”）

不过，有科学家发现，放疗和有丝分裂抑制剂不能抑制小肠上皮细胞的迁移。这就奇怪了啊。

奇怪确实是奇怪，不过却没有引起多少人的注意。直到巴黎文理研究大学的Denis Krndija出现。

今天，Krndija和他的团队在《科学》杂志上发表重要研究成果Active cell migration is critical for steady-state epithelial turnover in the gut.，颠覆了上面介绍过的“挤地铁”逻辑。他们发现，当某个肠道上皮细胞死亡留下空缺之后，周围的肠道细胞会在伪足的帮助下，主动往空缺处移动，填补空缺。也就是说，这是个主动的过程，而不是之前猜测的被动过程。实际上，肠道上皮细胞的更新，对于肠道功能的维持非常重要[7]。肠道上皮细胞增殖、迁移和挤压的异常，会导致炎性肠炎和肠癌等疾病。

▲ 新的迁移模型

下面部分可能受到有丝分裂的影响，但是上面部分是自主迁移

接下来，我们一起来看看Krndija团队的这个研究是如何做的。

其实第一步很简单，就是找个能抑制有丝分裂的药物处理一下，看看肠上皮细胞还能不能迁移就行了。他们选择的是羟基脲（HU），这个羟基脲能特异性地让有丝分裂停在S期[9]，以达到抑制有丝分裂的目的。

他们给小鼠注射了低剂量的羟基脲，小鼠肠隐窝的干细胞分裂确实停止了，但是肠道上皮细胞的迁移却还在进行。这就表明，肠隐窝干细胞的有丝分裂产生的推力，确实不是肠上皮细胞迁移的动力，至少不是必不可少的主要动力。而且他们换用高剂量的羟基脲之后发现，有丝分裂产生的推力，作用范围仅限于肠隐窝和下绒毛区的细胞，其他地方的上皮细胞完全不受影响。这也符合我们的直觉，挤挤附近的细胞，也能匀出空间来。

抑制或不抑制有丝分裂，迁移不受影响那上皮细胞迁移的力量究竟来自于哪里呢？为了回答这个问题，Krndija团队忙前忙后测了一大堆数据，什么细胞的密度啊，不同位置的细胞的移动速度啊，细胞动力学数据啊，等等等等。最后得出结论，除了有丝分裂的推力之外，肯定还有其他的力存在，而且这个力还不是其他的外力，应该是细胞主动迁移。

不知是团队里哪位大侠突然说了一句话，“与其在黑暗中苦苦思索，倒不如借鉴下已有的研究成果。”这句话犹如黑夜中的一道闪电，照亮了整个天空

▲ 被荧光标记的肠道细胞

既然已经能确定肠道上皮细胞的迁移是主动过程，那么，按照现有的研究成果，这些细胞恐怕是有给力的片状伪足或丝状伪足。

根据之前对肠道上皮细胞的研究成果，这些细胞是柱状的，有顶面—底侧极性，但是不知道有没有伪足。

不知道不要紧，因为这个比较好办。既然是伪足，那里面肯定有肌动蛋白啊。

于是他们给肌动蛋白做了红色荧光标记。当他们把小鼠的肠道放在荧光显微镜下时，他们真的看到了富含肌动蛋白的伪足。这个伪足那是孔武有力，指向细胞运动的方向。

▲ 一片火红的肌动蛋白和伪足

但是，他们还得证明这个伪足就是迁移的力量之源。这个也不难。由于激动蛋白要发挥作用，还有赖于肌动蛋白相关蛋白2/3（Arp2/3）复合物，于是他们找来了Arp2/3抑制剂CK-666

给小鼠注射CK-666之后，肠隐窝细胞的有丝分裂啥的都不受影响，这真是极好的，可以有效避免有丝分裂的干扰。结果，肠道上皮细胞的迁移真的就停止了。为了安全起见，他们有用Arp2/3基因缺陷小鼠验证了CK-666的效果。至此，便证实了肠道上皮细胞通过伪足的主动迁移过程。