姜伟课题组余茜颖博士、杨亚男博士鉴定出食管

作者：王韵壹、李英、熊慧卿

以下文章来源于JMCB科学前沿，作者姜伟课题组
JMCB科学前沿.
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食管作为人类等哺乳动物重要的上消化道器官，负责食物转运。食管上皮组织起源于内胚层，由多层鳞状细胞组成，分为基底层细胞、基底上层细胞和表层扁平细胞，起着耐摩擦和阻止异物侵入等作用。食管的基底层细胞具有很强的增殖分化能力，基底上层细胞则逐步开始分化，表层的细胞扁平退化，最终脱落（见下图）。与其他上皮组织类似，食管上皮组织具有维持自我更新、保持细胞增殖-分化稳态平衡的能力，在受损后具有强大的再生修复能力。大量的研究表明，食管上皮组织基底层包含干细胞，对食管上皮组织自我更新、稳态维持和再生修复至关重要。食管上皮组织干细胞的损伤和病变可导致各类食管疾病，包括食管炎和食管癌等。
与单一柱状上皮组织不同，由多层鳞状细胞组成食管上皮组织更新模式一直存在争议。一种观点认为，食管基底层细胞由单一的祖细胞（干细胞样细胞）群体组成，该群体可以通过细胞分裂产生子代细胞，这些子代细胞随机选择留在基底层或迁移至基底上层【1-3】。而另一种观点认为，食管基底层存在异质性，具有慢循环或静止的干细胞亚群，这些干细胞可以产生快速分裂的基底层祖细胞和基底上层分化细胞【4-10】。
近日，国家癌症中心/中国医学科学院肿瘤医院姜伟课题组余茜颖博士、杨亚男博士等在Journal of Molecular Cell Biology (JMCB) 在线发表了题为“Identification and Characterization of Stem Cells in Mammalian Esophageal Stratified Squamous Epithelia”的研究成果，该研究明确了哺乳动物食管上皮组织基底细胞层中存在静止干细胞，并揭示了它的生物学特征。
首先，作者利用哺乳动物食管和食管类器官进行BrdU示踪实验，发现食管基底层细胞的增殖异质性，有一小群比例约为4-7%的相对静止的细胞亚群（Quiescent Basal Cells, QBCs），这些QBCs在空间上随机分布在食管和食管类器官的基底层中。随后，通过全基因组甲基化测序和单细胞测序技术，作者进一步探究了QBCs的表观遗传学和表达谱特征，发现QBCs高表达半桥粒（Hemidesmosomes，HDs）的各个组分，低表达Wnt信号通路相关蛋白。在哺乳动物食管中，半桥粒的组分COL17A1和DST蛋白可作为食管静止干细胞的标志物。最后，作者利用体外食管类器官培养体系进行的功能实验验证了QBCs受高水平的HDs组分和低水平的Wnt信号调控（见下图）。与作者结果相一致，Busslinger et al.【11】, Kabir et al.【12】和 Rochman et al.【13】最新发表的研究结果也表明人类和小鼠食管上皮组织基底层细胞存在着静止干细胞亚群 (QBCs)。小结
姜伟课题组的研究揭示了哺乳动物食管上皮基底层细胞的异质性，鉴定了食管静止的干细胞亚群，为后续探究食管静止干细胞如何维持增殖-稳态、如何参与调节应急损伤修复和食管癌的发生发展等奠定了理论基础。
参考文献：
1. Asingle progenitor population switches behavior to maintain and repairesophageal epithelium. Science, 2012.
2. Asingle-progenitor model as the unifying paradigm of epidermal and esophagealepithelial maintenance in mice.Nat Commun, 2020.
3. Differentiationimbalance in single oesophageal progenitor cells causes clonal immortalizationand field change. Nat Cell Biol, 2014.
4. Identificationof candidate murine esophageal stem cells using a combination of cell kineticstudies and cell surface markers.Stem Cells, 2007.
5. Neurotrophinreceptor p75(NTR) characterizes human esophageal keratinocyte stem cells invitro. Oncogene, 2003.
6. Identificationof lineage-uncommitted, long-lived, label-retaining cells in healthy humanesophagus and stomach, and in metaplastic esophagus.Gastroenterology, 2013.
7. Asymmetricstem-cell divisions define the architecture of human oesophageal epithelium.Curr Biol, 2000.
8. Thedevelopment and stem cells of the esophagus.Development, 2021.
9. Long-livedkeratin 15+ esophageal progenitor cells contribute to homeostasis andregeneration. Journal of Clinical Investigation, 2017.
10. Identificationand genetic manipulation of human and mouse oesophageal stem cells.Gut, 2016.
11. Humangastrointestinal epithelia of the esophagus, stomach, and duodenum resolved atsingle-cell resolution. Cell Rep, 2021.
12. Singlecell transcriptomic analysis reveals cellular diversity of murine esophagealepithelium. Nat Commun, 2022.
13. Single-cellRNA sequencing of human esophageal epithelium in homeostasis and allergicinflammation. JCI Insight, 2022.
作者简介
国家癌症中心/中国医学科学院肿瘤医院的姜伟研究员和余茜颖助理研究员为该论文的共同通讯作者，博士研究生杨亚男为该论文的第一作者。该工作得到了国家自然科学基金委和中国医学科学院医学科学创新基金的经费资助。
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关于JMCB
Journal of Molecular Cell Biology (JMCB) 创刊于2009年10月，由中国科学院主管，由中国科学院分子细胞科学卓越创新中心（生物化学与细胞生物学研究所）和中国细胞生物学学会共同主办，与牛津大学出版社 (Oxford University Press，OUP) 开展版权合作，为完全开放获取期刊，聚焦分子细胞生物学前沿进展及相关多学科交叉研究，2020年度影响因子为6.216，5年影响因子为6.688。
原标题：《【学术前沿】JMCB | 姜伟课题组余茜颖博士、杨亚男博士鉴定出食管组织静止干细胞并揭示其生物学特征》