Nature開創性發現：鈣調控干細胞活性
日期：2015-12-04 08:50:16
成體干細胞確保了我們具有源源不斷的組織再生能力，但是這些干細胞的活性也需要受到嚴密監控，以防轉變為癌癥。那么隨著生物機體生長，這種調控平衡是如何完成的呢？這就是干細胞生物學中的一大關鍵問題，近期來自美國加州Buck研究所的一組研究人員發現了干細胞調控的一種新模式，他們利用果蠅的腸道，發現其中的干細胞能對不同細胞內鈣離子信號產生應答，調整它們的增殖活性。
這一研究成果公布在12月2日Nature雜志上，文章的通訊作者Heinrich Jasper指出，這一機制揭示了細胞內鈣離子濃度，以及對鈣離子變化產生應答的蛋白，都是干細胞活性的一種主調控因子。
腸道中存在的成體干細胞非常活躍，這些細胞會收到許多信號，比如來自飲食，腸道菌群，入侵的細菌，還有一些壓力因素。干細胞是進行分化，還是保存實力，以待今后使用呢？Jasper說鈣離子敏感基因調控系統能整合這些刺激，通過影響細胞內鈣離子濃度的變化來調節腸道干細胞增殖。
“這些發現有助于解釋干細胞是如何回應這些不同變化刺激的，”Jasper說，他目前是Buck研究所的首席科學官，“鈣離子這一個變量就能整合所有信號，這一發現令人激動，也是干細胞生物學中令人感到驚訝的一種作用機制，將有助于我們理解不同類型的癌癥，以及多種退行性疾病。”
實驗室成員，博士后鄧寒松（Hansong Deng，音譯）首先發現了腸道干細胞具有L-谷氨酸受體，膳食中L-谷氨酸也能刺激干細胞分裂，以及果蠅的腸道生長。之后他與Akos Gerencser教授合作，完成了果蠅腸道的活體干細胞成像，結果令人驚訝——他們發現干細胞中的鈣離子水平能進行振蕩調控，L-谷氨酸能通過觸發細胞內鈣離子持續增加，而調節干細胞活性，由此確定了鈣離子信號的重要意義。
研究表明干細胞中鈣離子水平變化并不僅限于對L-谷氨酸的應答，這些細胞對其它刺激，比如感染和組織損傷也會做出應答，而且研究人員也發現通過遺傳改變干細胞中的鈣離子泵，提高鈣離子水平，也會導致強烈的，持續增殖反應。
同時鄧博士也發現鈣離子激活干細胞是由鈣離子敏感蛋白磷酸鹽和轉錄因子執行完成的。研究人員認為這種鈣離子對干細胞活性的廣泛影響表明，這些細胞是利用細胞內鈣離子濃度作為動態信號應答的一個衡量標準。
Jasper說，下一步他們實驗室還將進一步探索這種調控系統對疾病干細胞，以及腸道衰老疾病相關干細胞的影響。
L-谷氨酸是體內最豐富天然的氨基酸，參與了許多代謝過程。L-谷氨酸的膳食來源包括牛肉、雞肉、魚和雞蛋，其鈉鹽也就是味精MSG在該項研究中也使用到了。Jasper表示，這項研究為我們理解添加劑的作用提出了一個有趣的新角度。
