多伦多病童医院（SickKids）和居里研究所的一项新研究揭示了干细胞如何感知和响应其环境，这对炎症性肠病（IBD）和结直肠癌具有重要意义。干细胞不断适应其环境以维持器官和组织健康，这一过程受到化学信号和物理力量的影响。当干细胞不能正常工作时，它们可能导致多种健康状况，包括炎症性肠病和结直肠癌，在这些情况下，干细胞会继续分裂直到形成肿瘤。
直到现在，干细胞如何感知周围物理力量的机制尚不清楚。然而，由前SickKids博士后研究员Meryem Baghdadi博士、SickKids的Tae-Hee Kim博士和居里研究所的Danijela Vignjevic博士领导的新发现发表在《科学》杂志上，揭示了干细胞依赖于两种离子通道——PIEZO1和PIEZO2——来生存。
“干细胞周围的物理特性对我们的健康至关重要，”SickKids发育与干细胞生物学项目高级科学家Kim博士解释说，“有了这些知识，我们可以探索促进胃肠再生的方法，不仅预防，还能修复受损的干细胞。”
干细胞如何感知肠道的变化
2018年，SickKids发育与干细胞生物学项目的高级科学家Xi Huang博士发现，PIEZO离子通道会影响脑癌中的肿瘤硬化。受此研究的启发，Kim的研究团队开始探索肠道干细胞如何利用PIEZO通道保持健康和正常功能。
在一项临床前模型中，研究团队敲除了（关闭）肠道中的PIEZO1和PIEZO2。结果非常显著：在缺乏这两种PIEZO通道的情况下，干细胞无法维持其必要的功能，导致严重的疾病和快速死亡。尽管这些PIEZO通道之前被认为具有不同的功能，但这项研究揭示了它们在干细胞维持中的意外冗余。
Kim和Vignjevic实验室确定，PIEZO离子通道帮助干细胞感知周围环境的物理变化，例如环境的硬度或伸展度。没有这些通道，两个关键信号通路之间会出现不平衡，导致干细胞错过环境中的重要变化并错误分化。
“当PIEZO通道缺失时，干细胞无法保持干细胞状态。相反，它们会过快地变成其他类型的细胞，从而导致严重的健康问题，”Baghdadi博士说。
这一发现对人类健康具有重要意义，特别是对于干细胞活动异常的条件，如IBD，这是加拿大增长最快的疾病之一，以及结直肠癌，这是该国第三大常见癌症。
“越来越多的证据表明，我们的细胞不仅仅是生物学上的存在，还有化学和机械信号在驱动细胞活动，”Kim博士说，“我们的身体如何以及为何对这些信号做出反应，将为肠道健康乃至人类健康的各个方面打开新的研究大门。”
更多信息： Meryem B. Baghdadi等，《PIEZO依赖的机械感应对于肠道干细胞命运决定和维持至关重要》，《科学》（2024）。DOI: 10.1126/science.adj7615
期刊信息： 《科学》
来源： 多伦多病童医院
引用： 研究揭示干细胞如何响应环境信号，对炎症性肠病和结直肠癌有重要影响（2024年12月2日），2024年12月2日从
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