科学家发现了如何在皮肤和器官内壁保持恒定数量的细胞

犹他州立大学亨斯迈癌症研究所(HCI)的科学家今天在《自然》杂志上发表的一项研究显示了上皮细胞——，如皮肤细胞——，是如何自然翻转并在细胞分裂和细胞死亡之间保持恒定数量的。

除了皮肤，上皮细胞还包括覆盖内脏的类皮肤衬里，为器官正常工作提供保护屏障。细胞很快就会翻转。为了保持健康的细胞密度，相同数量的细胞必须分裂和死亡。如果打破这种平衡，就会出现炎症性疾病或癌症。

这项研究的负责人、HCI研究员、犹他大学肿瘤学副教授Jody Rosenblatt博士说，“如果过多的上皮细胞死亡，器官屏障功能就会丧失，导致哮喘、结肠炎等炎症性疾病。”另一方面，如果分裂的细胞比死亡的细胞多，这可能会导致细胞过多，从而可能导致肿瘤的形成。因此，任何一方的不平衡都是有问题的。

大约90%的癌症发生在覆盖器官的简单上皮。理解什么通常控制细胞分裂和死亡，以及这些过程是如何联系在一起的，对于理解这些事件是如何被错误地调节以驱动癌症的形成非常重要。尽管科学家们之前已经研究了细胞分裂和死亡对实验触发因素的反应，但尚不清楚这些过程是如何自然发生的。

HCI团队找到了这个谜题的答案。他们学会了对抗机械张力来控制细胞分裂和细胞死亡。具体来说，他们发现拉伸的上皮细胞分裂它们，聚集的上皮细胞排出它们并死亡。

罗森布拉特说：“我们知道，为了把死亡和分裂的过程联系起来，必须有某种监督。”“我们的发现可以用一个非常简单的原则来概括。这是机械张力。如果细胞变得太拥挤，——比以前拥挤了1.6倍，那么他们就会取出一些细胞死亡。细胞的挤压使细胞片恢复到它们优选的密度。

另一方面，研究人员注意到细胞在稀疏区域分裂。他们意识到这些稀疏的区域对细胞产生了拉伸张力。

罗森布拉特解释说，“如果细胞变得过于稀疏，就会激活细胞分裂——，而分裂的信号来自机械拉伸。”为了验证这一点，我们拉伸细胞，发现拉伸可以在一小时内触发细胞分裂！这个过程也告诉我们，拉伸是细胞分裂的正常触发。

罗森布拉特的团队分析了人类结肠细胞、斑马鱼细胞和狗细胞培养物。细胞分裂的地方总是伸展的比较多，——是原来的1.6倍，就像细胞死亡的速率一样。

下一个问题是找出这些过程发生的原因。罗森布拉特的团队发现，细胞分裂和死亡是由同一种蛋白质压电1控制的。

罗森布拉特说，“基本上相同的蛋白质可以感知拥挤和拉伸——，但结果大不相同，这取决于细胞处于什么状态。”“压电1就像一个恒温器，调节两个不同的方向。就像恒温器同时调节温度和温度一样，有一个传感器来测量拥挤和拉伸是有意义的。如果有两个独立的调节器，如果一个传感器出现故障，情况将很快失控。

除了了解压电1是如何参与调节的，罗森布拉特的团队还确定了细胞周期中的一个阶段，在这个阶段，细胞处于暂停状态，等待修复。

“我们一直认为，一旦细胞开始分裂周期，它们就会很快过去。”“我们不知道它们会在整个细胞周期中休息，”罗森布拉特解释道但是我们发现了一个细胞停滞并等待分裂的点。细胞分裂需要发生很多事情。脱氧核糖核酸需要复制，这样它就可以分裂成两半，并为每个新细胞提供与其母亲相同的脱氧核糖核酸。这些细胞已经做好了一切准备，但仍处于我们没有预料到的阶段。细胞可以暂停并等待达到一定的大小。一旦它们达到这个尺寸，拉伸就会引发它们的分裂。

罗森布拉特认为，通过深入了解细胞通常是如何自行分裂的，科学家将能够更好地理解上皮细胞在不应该分裂时是如何分裂的，比如在癌症中。

“通过了解细胞死亡和分裂通常是如何调节的，”她解释说，“我们发现了一种新的方法，可以让这些过程出错——，尤其是在我们目前没有治疗方法的疾病中，比如哮喘和转移性癌症。”

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