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【前沿进展】上海交通大学张雷/金蕴韵合作最新Nature子刊

2025-01-17 17:50

来源：澎湃新闻·澎湃号·政务

iNature

干细胞的平衡自我更新和分化对于维持组织稳态至关重要，但这一过程的潜在机制仍然知之甚少。

2025年1月10日，上海交通大学张雷及金蕴韵共同通讯在Nature communications 上在线发表题为“A feedback loop between Paxillin and Yorkie sustains Drosophila intestinal homeostasis and regeneration”的研究论文。研究通过RNA干扰（RNAi）筛选成年果蝇肠干细胞（ISCs），发现了一个与哺乳动物PXN同源的因子，Pax，在正常的稳态和损伤诱导的中肠再生中协调ISCs的增殖和分化。

Pax缺失促进ISC增殖，同时抑制其向吸收性肠上皮细胞（ECs）分化。在机制上，研究发现表明Pax在果蝇和哺乳动物中都是Hippo信号通路的保守靶基因。随后的研究发现，Pax与Yki相互作用并增强其在细胞质中的定位，从而建立了一种反馈调节机制，减弱Yki活性，最终抑制ISCs增殖。此外，Pax通过激活Notch的表达诱导ISCs向ECs分化，从而促进分化过程。总之，研究强调了Pax是Hippo和Notch通路中调节中肠稳态的关键组成部分，揭示了这一生长相关通路在组织维持和肠道功能中的作用。

成人上皮组织经历了环境应激的持续损伤，导致细胞功能障碍和死亡。在肠道中，常驻肠道干细胞（ISCs）通过增殖和分化为特殊细胞来修复损伤，维持组织完整性。在果蝇中肠，ISC主要通过不对称分裂产生一个新的ISC和一个未分裂的祖细胞，即肠母细胞（EB）或肠前内分泌细胞（pre-EE）。随后，这些祖细胞通过内复制分别分化为具有大体积和多倍体核的吸收性肠上皮细胞（ECs），或者具有小核的激素产生性肠内分泌细胞（EEs）。损伤后，ISC增殖加速，偶尔观察到对称分裂，以及时替换受损细胞，维持稳态。

ISC分裂产生四种子细胞类型：ISC-EB（不对称，70%）、ISC-pre-EE（不对称，10%）、ISC-ISC（对称，10%）和EB-EB（对称，10%）。在有丝分裂过程中，纺锤体方向决定了ISC是对称分裂还是不对称分裂。Par复合物定位于顶端子细胞对于ISC不对称分裂至关重要。整合素通过将基底子细胞锚定到基底膜上来促进不对称分裂，从而将Par复合物定位到顶端极。在ISC对称和非对称分裂的后期，子细胞的命运由Notch通路的活性决定，而Notch通路本身又受Dpp和BMP通路的调节。ISC中Notch的高激活促进其分化为EB或EB-EB重复，而Notch的低激活有利于ISC-ISC重复或EE前分化。前EE进一步进行不对称分裂，形成一个I类EE细胞和一个II类EE细胞，后者由Notch信号指定。

大量研究表明，在生理和应激条件下，肠道稳态通过保守生长控制和细胞因子信号通路的协同活性受到严格调节。特别是，Hippo通路已被证明在调节中肠稳态和再生中起关键作用。Hippo通路功能障碍与各种稳态疾病有关。Hippo通路包括一个核心激酶级联，称为Hippo (Hpo)-疣（Wts）。Hpo激酶在支架蛋白Salvador（Sav）的辅助下磷酸化并激活Wts激酶。活化的Wts随后作为肿瘤抑制因子（Mats）与Mob相互作用，激发转录共激活因子Yorkie（Yki）的磷酸化。这一磷酸化事件阻止Yki转运入细胞核，并与转录因子扇贝（Scalloped, Sd）形成复合体，从而抑制下游信号转导。Yki调节参与细胞增殖、细胞周期进程和细胞凋亡的靶基因的表达。

已发现中肠前体细胞或分化的EC细胞中Hippo信号转导的失活可通过激发Yki的活性来触发ISC的增殖。然而，EC细胞中Hippo信号的失活导致多种EGFR和JAK-STAT通路配体的表达增加，这些配体在ISCs中激活EGFR和JAK-STAT通路以触发其增殖，表明Hippo通路在阻断iscs增殖中具有独特的非细胞自主作用。此外，Yki被认为是在应激条件下损伤诱导的中肠再生的重要传感器之一。这一观点补充了JNK的作用，而JNK是系统需要的，特别是在涉及广泛损伤的情况下。尽管Yki在调节肠道稳态和再生中起关键作用，但在稳态条件下ISC中Yki的缺失不会导致ISC的强烈损失。这促使要考虑在果蝇的肠道稳态和损伤修复过程中Yki的活性是如何切换的。

桩蛋白（Pax）是一种多结构域衔接蛋白，是黏着斑（FA）的主要成分，在整合素-ECM结合后将细胞外信号转导为细胞内反应中起重要作用。Pax募集参与细胞内信号级联反应的多种信号蛋白。这些通路的激活最终导致肌动蛋白细胞骨架重组和FA的组装/分解，这对细胞粘附、形态变化、迁移和信号转导至关重要。Pax由在哺乳动物和果蝇中发现的多个保守蛋白质相互作用结构域组成，此外，Pax的羧基末端包含四个锌指状LIM（LIM1-4）结构域，介导与微管蛋白的相互作用。整合素通过维持Par复合物的不对称定位，从而确保ISC的不对称分裂，在调节ISC谱系的增殖和自我更新中发挥关键作用。然而，Pax在维持肠道稳态和中肠再生中的作用仍未得到充分探索。

在本研究中发现Pax作为Hippo信号通路的靶基因，在Wts的下游发挥重要作用，在抑制ISC增殖的同时促进其分化。Pax缺失导致ISC以依赖Yki/Sd复合物的方式过度增殖。研究进一步揭示了Pax作为哺乳动物和果蝇Hippo通路的共同靶点，与Yki相互作用并促进Yki在细胞质中的定位，从而形成一个反馈环，从而在稳态和再生条件下在ISCs/EBs中失活Yki。此外，Pax通过上调Notch的表达促进Notch信号通路的活性，从而促进ISCs向ECs分化。综上所述，研究结果强调了Pax作为一个信号效应因子，通过其对Hippo和Notch信号通路的正向调节，精细调节ISC自我更新和分化之间的平衡，暗示了Pax在维持组织稳态和促进再生方面的核心作用。