研究揭示细菌产生的糖如何触发肠道干细胞再生
该研究对结直肠癌和炎症性肠病的发展具有重要意义
多伦多大学坦佩蒂医学院博士生肖恩·戈亚尔（Shawn Goyal，左）和斯蒂芬·吉拉尔丁（Stephen Girardin）教授发现了一种由细菌糖触发的再生干细胞机制，有助于补充肠道干细胞（提供的图片）
多伦多大学研究人员发现，细菌可以驱动干细胞再生以修复受伤后的肠道内壁——揭示了肠道微生物组对人类健康的意外贡献方式。
先前研究表明，在正常健康条件下，肠道微生物群并不影响肠道干细胞功能。但博士生肖恩·戈亚尔和他的导师、坦佩蒂医学院免疫学和实验室医学与病理生物学教授斯蒂芬·吉拉尔丁，试图研究微生物组是否能在肠道损伤和修复过程中支持干细胞功能。
他们发表在《细胞干细胞》杂志上的研究，对结直肠癌和炎症性肠病的发展具有重要意义。
干细胞因其能够自我复制并转化为不同类型的细胞而引人注目。在早期发育过程中，胚胎干细胞分化为形成人体器官和组织所需的所有细胞类型，但干细胞的作用并不止于此。
"由于日常磨损和持续损伤，我们的身体需要不断再生组织，"戈亚尔表示，"成年后，我们全身都分布着干细胞，包括肠道中的肠道干细胞，它们负责每隔几天更换一次肠道内壁。"
肠道干细胞层作为屏障，将肠道空间中部分消化的食物与下方组织分隔开来——阻挡微生物、毒素和其他潜在有害物质，同时有选择地允许营养物质进入。这些细胞位于肠道内壁的无菌区域。当这些细胞暴露于微生物副产品时，表明潜在有害物质已突破屏障。
"细菌会进入它们不该存在的区域，因此我们需要启动防御程序来保护干细胞，因为维持肠道屏障正依赖于这些细胞，"吉拉尔丁解释道。
在对小鼠和细胞模型进行的研究中，研究人员发现一种独特的细菌产生的糖ADP-庚糖触发了导致肠道干细胞自我毁灭的信号通路。这些干细胞的损失直接影响肠道发育：当实验室培养的肠道类器官（微型3D组织模型）暴露于ADP-庚糖时，类器官变小且缺乏健康组织的复杂结构。
ADP-庚糖还启动了再生干细胞程序，促使潘氏细胞（一种肠道细胞）恢复到干细胞状态。这些"复苏干细胞"对补充丢失的干细胞和恢复肠道屏障完整性至关重要。研究人员假设，这种保护性通路会主动清除可能被毒素或微生物损伤的肠道干细胞，并用健康干细胞替换以恢复肠道内壁。
吉拉尔丁指出，细菌可引起DNA损伤，累积后可能导致癌症、炎症性肠病等疾病，这将是未来研究重点。"我们是否发现了一种机制——暴露于微生物的干细胞因突变风险高而被替换？这样做能否预防结直肠癌？"他提出疑问。
该实验室还在探索抗病毒防御是否在维持肠道内壁方面发挥类似作用。吉拉尔丁特别感谢坦佩蒂医学院比较医学部门的无菌设施对研究的支撑："无菌设施虽昂贵难维护，但没有它，这些研究根本无法进行。"
这项研究由加拿大卫生研究院和克罗恩病与结肠炎加拿大基金会资助。
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