細胞與發育生物學

食道上皮細胞新發現!一群持續活躍的上皮幹細胞

你有過「火燒心」的經驗嗎?隨著現代人飲食作息改變,胃食道逆流成為好發於忙碌青壯族群的文明病,而除了胃酸逆流產生的灼熱感之外,當胃食道逆流次數增加,食道的上皮細胞就會受到損害導致潰瘍發炎,更甚者還會有食道異型上皮化生(Barrett esophagus)的情形,有引發食道癌的可能性。為了搞清楚食道細胞癌化的機制,近期關於食道上皮細胞的研究越來越多,特別因為其再生快速的性質(約 2 週更新一次),讓科學家們更好奇是否有一群幹細胞在食道上皮中,不過此前未有定論。

食道的上皮細胞是由內層的基底層(basal layer)開始往上分化出基底上層(suprabasal layer),而靠近消外道的基底上層由鱗狀上皮細胞形組成,若在顯微鏡下觀察,這些細胞均呈平坦扁薄狀,由於細胞型態十分單一,令科學家懷疑基底層的細胞是否也都屬相同的類群,只是較未分化。本篇作者先將食道細胞取出,再利用 3D 器官重建的技術在體外培養,藉由加入不同的訊息傳遞物質,發現食道上皮細胞的再生能力依靠 Wnt/BMP 訊息路徑的刺激;另外,經由流式細胞儀的分析,將食道上皮細胞分為表現 Sox2 基因和不表現的兩群,且只有表現 Sox2 基因的細胞能夠成功於體外重建,代表基底層的細胞應屬於表現 Sox2 基因的類群,和先前許多器官的幹細胞特性一致。

定義了基底層細胞之後,作者著手於研究更多基底層細胞的細胞表面標誌(cell surface marker),取經於過去對間質幹細胞(mesenchymal stem cell)的研究,他們發現基底層細胞可以進一步區分為核苷酸酶(nucleotidase)CD73 陽性和陰性的細胞,而表現 CD73 的細胞特性更趨近於幹細胞,能夠較完整的重建器官。

綜上所論,作者把食道基底層細胞區分成兩種,一種是較未分化、細胞週期較慢、表現 CD73 的上皮幹細胞(epithelial stem cell),另一種則是相對較為分化、細胞週期快速、不表現 CD73 的短暫增殖細胞(transit-amplifying cell),此一關鍵發現,對於未來食道細胞病變來源的研究將十分有幫助,其文章中關於 3D 器官體外培養的技術也很值得學習。

 

圖說:上皮幹細胞的分類 圖片來源:http://goo.gl/3Mi1w4

 

參考資料:

  1. DeWard, A., Cramer, J., & Lagasse, E. (2014). Cellular Heterogeneity in the Mouse Esophagus Implicates the Presence of a Nonquiescent Epithelial Stem Cell Population. Cell Reports9(2), 701-711. doi:10.1016/j.celrep.2014.09.027

 

撰文 | 林琬瑜
修訂 | 熊浩安

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