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【自然】:同類相食,全為大局!洛克菲勒大學科學家發現,毛囊幹細胞竟會吞吃垂死鄰居,以防引起炎癥反應、損傷組織

2024-09-02科技

*僅供醫學專業人士閱讀參考

我們的身體裏,死亡和新生時刻都在發生。


人體內每天有數十億個細胞死亡。從死亡那一刻開始,細胞對機體來說就再無用處,反而會成為威脅,不及時清理的死亡細胞可能會引發繼發性的細胞壞死,造成炎癥和退行性病變。


清理死亡細胞的專業部隊自然是巨噬細胞和樹狀細胞等免疫細胞,不過有科學家發現,上皮細胞、間充質細胞、神經元等「非專業人士」有時也能透過胞吞作用吞掉雕亡的同類殘骸。


這些非專業細胞是怎麽開展工作的呢?


近期,洛克菲勒大學的科學家們在【自然】雜誌上發文,他們追蹤了小鼠毛囊的周期變化, 發現毛囊幹細胞(HFSC)存在一對RXRα-PARγ傳感器,讓垂死幹細胞和健康幹細胞之間「雙向選擇」,觸發清理程式,從而及時清理死亡細胞的碎片,避免組織損傷。


這一過程發生得相當早相當及時,而專業的巨噬細胞部隊要在細胞死亡4天後才姍姍來遲, 這超乎傳統認知,連通訊作者Katherine Stewart本人都大感驚訝。

論文題圖

研究者瞄準的是小鼠毛囊的退行期,在這一階段,存在大量細胞雕亡現象,很適合尋找真正的清道夫。

小鼠毛囊周期

Ana:生長期;Cat:退行期;Telo:休止期

可見退行期存在大量細胞雕亡現象

以細胞早期雕亡標記物caspase-3和晚期死亡/吞噬標記物TUNEL為標誌,研究者追蹤了小鼠毛囊中雕亡細胞的去向。在退行期早期,雕亡細胞與吞噬細胞的比例相當,但到了退行期晚期,吞噬細胞數量就升高到了雕亡細胞的2倍左右。

有趣的是,研究者發現,被吞噬的細胞碎片竟然存在於驅動下一個毛囊周期的健康祖細胞群中,這讓他們懷疑免疫細胞並非主要的吞噬細胞。

透過彩虹鼠用不同熒光標記追蹤單個毛囊細胞動向,研究者發現, 死掉的幹細胞果然是被健康的同伴吃掉了, 一個細胞中同時存在兩種熒光團就是最直接的證據。

一個細胞中可見兩種熒光團,這一現象在退行期才開始出現(上圖右下)

咱們暫時停下來捋捋。

毛囊是周期生長-退行-靜止的,也就是說毛囊幹細胞長完了這一茬頭發,理論上還得歇歇就去長下一茬。在這期間有的毛囊幹細胞過勞 犧牲了,剩下的健康同伴就繼承遺產繼續奮鬥,是這個邏輯沒錯。

說起來挺簡單的,不過熟悉生物學的朋友們肯定已經意識到了,這可是個挺精密的過程,毛囊幹細胞啥時候「吃人」啥時候收手,萬一調理不好肯定出大亂子。

所以研究者對毛囊幹細胞從生長期結束到中晚退行期間的差異表達基因進行了分析,並對比了相應階段吞噬細胞的表面蛋白。

過程很復雜,直接說結論——是逝去同伴和遺誌繼承者的雙向奔赴!

死亡細胞分泌的脂質會啟用健康細胞中的RXRα,但這無法單獨起效,需要另外一個受體PARγ響應健康細胞分泌的視黃酸,二者聯合就能啟動清理程式。一旦死亡細胞被打掃幹凈,RXRα訊號消失,毛囊幹細胞就自然停止吞噬。

毛囊幹細胞的清掃程式對維持組織穩態相當重要。雖然還有巨噬細胞等專業清道夫幹活兒,但當研究者抑制RXRα功能,毛囊中就會出現繼發性壞死和促炎損傷相關分子的釋放。這說明沒有毛囊幹細胞及時清理掉死亡的同伴,是很容易導致組織損傷的。

研究者們發現,其實巨噬細胞到達死亡細胞身邊的速度很慢,實驗中足足花了四天。Katherine Stewart覺得很驚訝,因為小鼠的皮膚中巨噬細胞還算多的,並不用跑很遠。實際上,毛囊幹細胞才是最早響應細胞死亡開始行動的。

毛囊幹細胞拿到遺產之後都用來做什麽呢?這項研究並沒有給出直接的解答,或許死亡細胞殘留的蛋白質、核酸、脂質能夠作為營養物質補給後代,又或許消化這些東西也帶來了沈重的負擔,會讓毛囊幹細胞耽誤一些正事兒。

這就是研究者們之後要解決的問題了。

參考資料:

[1]https://www.nature.com/articles/s41586-024-07855-6

[2]https://www.rockefeller.edu/news/36351-surprising-mechanism-for-removing-dead-cells-identified/

本文作者丨代絲雨