科学家发现垂死细胞会“暂时保护它们的邻居” 以维持组织的完整性

科学家们观察到，当该机制被停用时，几个相邻的细胞同时被消除会损害组织的完整性。这种完整性的缺乏可能是导致慢性炎症的原因。这项研究的结果于2021年6月2日发表在《发育细胞》杂志上。

人类上皮细胞是在身体的几个部位发现的组织（如表皮和内部粘膜）。它们由连续的细胞层组成，起到物理和化学屏障的作用。这一作用不断受到外界环境和自身更新的考验。组织更新包括通过细胞分裂形成新细胞和消除死亡细胞。尽管这种情况在胚胎发育或成人组织的维持过程中经常发生，但在涉及大量被淘汰的细胞的情况下，调节上皮细胞维持其完整性的能力的机制仍然不为人所知。例如，在成人的肠道中，每天有超过100亿个细胞被消除。这些消除是如何协调的，以保持组织的完整性和连接性？

来自巴斯德研究所和法国国家科学研究中心的科学家们着手通过使用果蝇（或称醋蝇）来确定参与上皮完整性的机制以及能够影响上皮连接的条件，果蝇是一种在实验室中研究的生物，其上皮结构与人类相似。

利用蛋白质敏感的荧光标记，研究小组发现，当一个细胞死亡时，EGFR-ERK通路–一种因参与调节细胞生存而闻名的细胞激活信号通路–在邻近的细胞中被暂时激活。科学家们观察到，EGFR-ERK途径的激活保护了邻近的细胞免受细胞死亡的影响，时间大约为一小时，从而防止了一组细胞的同时被消灭。“我们已经知道这一途径在调节上皮组织的细胞存活方面发挥着关键作用，但我们惊讶地观察到细胞之间的这种保护性动态，”巴斯德研究所细胞死亡和上皮细胞稳态组负责人、该研究作者Romain Levayer评论说。

科学家们的研究还表明，抑制这种保护机制会对上皮组织产生剧烈的影响：细胞的消除变得随机，相邻的细胞可能同时被消除，导致连接性的反复丧失。在正常情况下，当EGFR-ERK途径没有被刻意抑制时，即使有大量的细胞被消除，也从未在上皮组织中观察到相邻细胞群的消除现象。

通过使用一种新的光遗传学工具，可以在时间和空间上控制细胞死亡，并绕过保护机制，科学家们证实，当相邻的细胞同时被消除时，上皮的完整性会受到损害。“令人惊讶的是，上皮组织对被淘汰细胞的空间分布高度敏感。虽然它可以承受大量细胞的消除，但如果只有三个相邻的细胞同时被消除，上皮的完整性就会受到影响，”巴斯德研究所细胞死亡和上皮稳态组的科学家、该研究的第一作者Léo Valon解释道。

科学家们的观察证实，组织需要发展出防止相邻细胞组被淘汰的机制。“这些观察结果很重要，因为它们说明了生物组织令人难以置信的自组织能力，这种特性使它们能够承受压力条件。”Romain Levayer说：“因此，不需要一个指挥家来协调细胞应该在哪里和何时死亡；一切都基于相邻细胞之间的高度局部通信。”

这一过程似乎在进化过程中一直保持着。瑞士伯尔尼大学Olivier Pertz领导的研究小组在人类细胞系中独立发现了基于局部EGFR-ERK激活的相同保护机制（结果发表在同一杂志上）。另一项研究的结果表明，这种保护机制在相隔数亿年的物种之间是保守的，表明它是一种相对普遍的机制。

未来的研究将揭示这种细胞死亡协调机制的破坏和上皮组织中连接性的反复丧失是否可能是慢性炎症的根源之一，而慢性炎症是造成各种疾病的现象，目前是全球死亡的主要原因之一。