這麼簡單的事情,我們可能錯了幾十年?
2019年08月16日09:10

  今天,最新一期《科學》雜誌如約上線。在多篇論文中,一項研究得到了《科學》的特別關注——專文評述指出,正是由於這項研究,我們才得以發現,關於腸道細胞的一個主流模型,我們可能錯了幾十年……

▲今日《科學》官網上線專文評述,指出該研究挑戰了長久以來的觀點(圖片來源:《科學》官網截圖)
▲今日《科學》官網上線專文評述,指出該研究挑戰了長久以來的觀點(圖片來源:《科學》官網截圖)

  先來說說這個主流模型。我們知道,小腸里有許多絨毛,它們是人體吸收營養的重要場所。在顯微鏡下,每一根絨毛都由大量細胞組成。其中位於絨毛最外層的,就是上皮細胞。

▲小腸絨毛的結構示意圖,最外層的就是上皮細胞(圖片來源:BallenaBlanca [CC BY-SA 4.0])
▲小腸絨毛的結構示意圖,最外層的就是上皮細胞(圖片來源:BallenaBlanca [CC BY-SA 4.0])

  這些上皮細胞是怎麼產生的呢?過去幾十年里,絕大多數科學家認同這樣一個觀點:在每根絨毛的底部,有一些具有幹細胞活性的細胞。它們會不斷分化和分裂,產生新的細胞。這些新產生的細胞會把年紀較大的細胞“往上頂”,從絨毛底部一直“頂”到頂部。在絨毛頂部,那些老化的上皮細胞則會逐漸脫落,為後來人騰出位置。

▲過去的主流觀點認為,底部的細胞不斷分裂,推動上皮細胞往絨毛頂部移動(圖片來源:參考資料[3])
▲過去的主流觀點認為,底部的細胞不斷分裂,推動上皮細胞往絨毛頂部移動(圖片來源:參考資料[3])

  這個動態的模型是如此優美,以至於人們未經太多驗證,就紛紛將其認作為真實。然而,一支來自法國和奧地利的跨國團隊卻在本研究中指出,新的上皮細胞並非是被“被動”地頂上絨毛頂部,而是“主動”爬上去的!

  而證明這一觀點的多個實驗,被《科學》雜誌的專文點評為“引人入勝”。

  在第一個實驗里,研究人員們使用一種叫做羥基脲(hydroxyurea)的藥物,來短暫抑製細胞分裂。按過去的主流模型,如果新分裂出的細胞是把上皮細胞“頂上去”的源動力,那麼抑製細胞分裂,我們應該看到這些絨毛上皮細胞停在原處,或是移動的速度大大放慢。

▲抑製細胞分裂,並不影響上皮細胞的移動(圖片來源:參考資料[1])
▲抑製細胞分裂,並不影響上皮細胞的移動(圖片來源:參考資料[1])

  然而實驗結果卻表明,抑製新細胞的形成,並不會影響上皮細胞向絨毛頂部的移動。也就是說,它們並不是被動地被新細胞給“頂上去”的。

  第二個實驗里,研究人員們給一些上皮細胞加上了綠色螢光蛋白標記,好實時觀察它們的移動。在過去的主流模型看來,由於只有絨毛底部會不斷形成新細胞,因此越接近絨毛頂部,來自新細胞的推動力也會越弱。然而經過顯微鏡觀察與數學分析,研究人員們卻發現,這些上皮細胞居然會加速前往小腸絨毛頂部,這也與主流模型的預測不符。

▲研究人員們使用綠色螢光蛋白標記不同的細胞,追蹤它們的移動(圖片來源:參考資料[2])
▲研究人員們使用綠色螢光蛋白標記不同的細胞,追蹤它們的移動(圖片來源:參考資料[2])

  綜合這兩個發現,這支科研團隊推測,上皮細胞在小腸絨毛上並非被動移動,而是主動移動。

  接下來的研究則找到了背後的機理——研究人員們發現,一種細胞骨架蛋白主導了上皮細胞的移動。它們會讓上皮細胞“伸出小腳”,一步一步往上爬。如果使用化學藥品,不讓上皮細胞“邁出腳”,它們也就失去了移動能力。

▲細胞骨架蛋白會讓上皮細胞伸出“小腳”,一步步往上爬(圖片來源:參考資料[1])
▲細胞骨架蛋白會讓上皮細胞伸出“小腳”,一步步往上爬(圖片來源:參考資料[1])

  在總結中,《科學》雜誌的專文指出,該研究的結果“出人意料”,卻也反映了我們在這一領域多年來的“忽視”。

  從應用前景來看,準確理解小腸絨毛上皮細胞的移動機製,有望讓我們更好地找到相關疾病的發病機理。而從科研角度來看,這個發現也再次提醒我們,符合觀察結果的模型,未必就是最正確的模型。在瞭解自然方面,我們還有很長的路要走。

▲本研究提出的新模型(圖片來源:參考資料[1])
▲本研究提出的新模型(圖片來源:參考資料[1])

  來源:學術經緯

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