在再生医学和肠道健康领域的一项关键进展中，来自杜克-新加坡国立大学医学院（Duke-NUS Medical School）和新加坡南洋理工大学（NTU Singapore）的科学家们揭示了肠道中一种精确且意想不到的通信系统。被称为“端细胞”（telocytes）的支持细胞利用细长的延伸结构——类似于大脑中的神经元——直接向肠道干细胞传递信号。发表在《发育细胞》（Developmental Cell）杂志上的这项研究挑战了长期以来关于肠道如何维持和修复自身的假设，可能为炎症性肠病（IBD）和结肠癌等疾病提供更佳的治疗方法。
肠道内壁是人体最活跃的组织之一。它每隔几天就会自我更新，这归功于藏身于肠道内壁微小凹槽（称为隐窝）深处的一小群干细胞。这些干细胞分裂并分化成维持肠道健康和功能所需的各种细胞类型。为了实现细胞的这种分化，干细胞依赖于其周围支持细胞——即干细胞壁龛（stem cell niche，干细胞生活的特殊微环境）中的细胞——所发出的指令。
直到最近，科学家们还认为这些特殊的化学信号（称为Wnt信号）是通过扩散自由地在周围组织中传播，最终到达干细胞。这为干细胞如何被调控提供了一个部分解释，但无法解释这样一个随机过程如何确保信号在需要时准确地在正确时间和位置抵达。
杜克-新加坡国立大学医学院癌症与干细胞生物学项目主任、该研究的共同通讯作者David Virshup教授解释说：“我们发现这些信号并不是仅仅在组织中漂浮。它们是由一种特殊的细胞——端细胞——以令人惊讶的精确度从干细胞壁龛传递到干细胞，这改变了我们对肠道细胞通信方式的理解，类似于神经元在大脑中相互传递信号的方式。”
由于端细胞能够释放出被称为“细胞突”（cytonemes）的长而细的延伸结构，因此特别引人注目。这些细丝直接从端细胞延伸到特定的干细胞。利用包括高分辨率荧光显微镜和电子显微镜在内的先进成像技术，研究团队观察到小鼠肠道中的端细胞利用细胞突将Wnt信号直接传递给隐窝中的个别干细胞。
这种类似神经元的行为颠覆了我们对器官自我维持方式的理解——这是迄今为止在大脑和肠道功能之间发现的最清晰的细胞层面类比之一。
研究人员还发现，端细胞与干细胞之间的接触点在外观上类似于神经元之间一对一连接的“突触”。这种精确的通信形式使得Wnt信号能够直接传输到其预期的位置。
“这种直接的细胞间通信凸显了分泌分子传递至目标细胞的新精确层级。”来自新加坡南洋理工大学生物科学学院的Alexander Ludwig助理教授说道，他是该研究的作者之一。“这是成像技术在不同尺度上与新型蛋白质标记方法相结合，从而揭示新机制并改变范式的显著例子。”
为了更深入理解这一通信系统的工作原理，科学家研究了端细胞的“骨架”蛋白，即支撑细胞突的蛋白质。当这些蛋白（特别是两个关键蛋白KANK和Liprin）受到干扰时，细胞突无法正常形成或功能受损，导致Wnt信号运输机制失效。
杜克-新加坡国立大学癌症与干细胞生物学项目的主要研究员、该研究第一作者Gediminas Greicius博士表示，这一发现凸显了探索基础生物学的重要性。
“有时当你密切研究基础问题时，你会发现一些具有变革性的内容。”Greicius博士说道。“这种靶向信号系统一直隐藏在我们眼前，现在我们终于看清了它，这重塑了我们对肠道干细胞生物学的理解。”
尽管这项研究主要聚焦于健康组织，但其影响深远。Wnt信号传导的紊乱已知会导致某些类型的结肠癌。同样，信号传导受损可能在克罗恩病和溃疡性结肠炎等慢性炎症性肠病（IBD）中发挥作用——这些疾病在新加坡和该地区正变得越来越常见。
杜克-新加坡国立大学研究事务高级副院长Patrick Tan教授指出了这一发现的广泛意义。
“这一发现可能会改变我们对组织修复和再生医学的理解。”Tan教授表示。“如果我们能够利用或恢复这种精确的信号传递方式，可能会增强干细胞疗法的效果，并帮助开发更精准的肠道疾病治疗方法。这正是基础科学研究推动现实世界影响的有力例证。”
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