你的腸道是一個奇妙的地方。一層特殊的細胞覆蓋在你的小腸和大腸的內部，從你所吃的食物中吸收營養和水分，同時防止任何有害物質進入你的系統。這一層被稱為腸上皮。每4到7天，它就會利用干細胞進行徹底的自我更新。這是一種特殊的細胞類型，既可以通過分裂自我更新，也可以分化出任何其他類型的細胞來更新你的器官。然而，科學家們仍然不知道他們是如何做出這些決定的，也不知道是什么定義了干細胞。
Bernat Corominas-Murtra他曾是奧地利科學技術研究所(ISTA)的博士后，現在是格拉茨大學的助理教授，他與Jacco Van Rheenen在阿姆斯特丹的團隊合作研究腸上皮干細胞。他們發現了一種令人興奮的新機制，可能會改變我們對干細胞是什么的理解。他們的研究結果發表在《Nature》雜志。
腸道上皮只有一層細胞，厚且不斷更新。它遍布絨毛，看起來像微小的觸手覆蓋在小腸和大腸的內部。絨毛之間的組織中有一些小袋，叫做腸隱窩。這個名字可能會讓人想起一些神秘的東西，這可能與那里真正發生的事情并不遙遠。“在隱窩的底部，上皮中的干細胞在不斷分裂。一些產生的細胞作為干細胞留在隱窩中，其他的被推向周圍絨毛的尖端，”Corominas-Murtra解釋說，“在那里，它們最終分化成具有功能的細胞類型，允許腸功能，并在幾天后被丟棄。這種情況一直在你體內發生，如果這種機制崩潰，你可能會遇到嚴重的醫療問題。”
在研究小腸和大腸中的干細胞時，科學家們一開始感到困惑。Corominas-Murtra繼續說:“我們通常認為干細胞是由細胞固有的生化特性決定的，就像我們可以識別的生化標記一樣。我們發現，在具有這種傳統干細胞標記的細胞中，許多細胞實際上從未作為干細胞發揮作用，而是被推出隱窩被丟棄，對腸道的長期更新完全沒有貢獻。我們還看到，雖然經典標記預測的干細胞數量在小腸和大腸中是相同的，但實際上在小腸中作為干細胞工作的干細胞數量是在大腸中干細胞數量的兩倍。”因此，科學家們想要了解是什么決定了哪些細胞實際上扮演了干細胞的角色，他們發現了一個令人驚訝的新機制，可以調節隱窩中的干細胞。
“我們發現這些細胞是否表現為干細胞完全取決于它們的位置!上皮細胞不僅像傳送帶一樣被下方的細胞分裂從隱泡向外推，還涉及另一種運動，”Corominas-Murtra解釋說。科學家們發現，上皮細胞也積極地以隨機的方向移動——如果你愿意，可以沿著傳送帶來回移動。通過這種方式，已經被傳送帶推了一段時間的細胞可以回到隱窩底部，并再次在那里作為干細胞分裂和補充上皮細胞。Edouard Hannezo解釋了這些發現的可能含義，“這些運動構成了一種新的環境機制，決定了哪些細胞能像干細胞一樣發揮功能。在小腸中，調節運動的分子信號比在大腸中更強，所以細胞可以更頻繁地移動回隱窩。這就解釋了為什么小腸中實際工作的干細胞比大腸中要多。這可能會對我們理解干細胞到底是什么以及如何在醫療應用中使用它們產生重大影響。”
這一見解建立在ISTA的Bernat Corominas-Murtra和Edouard Hannezo之前的研究以及Van Rheenen小組的工作之上。Corominas-Murtra等人的發現建立在最初的物理學背景，他們創建了一個腸道上皮層的高級數學模型，其中包括細胞離開隱窩和返回隱窩的運動。利用他們的模型，他們可以預測在小腸和大腸中實際工作的干細胞的數量。來自歐洲各地的其他一些研究小組利用顯微鏡和遺傳學的最新方法設計了實驗，以驗證這些預測，并發現它們是準確的。他們甚至試圖抑制隱窩中的化學信號，結果發現，這正如預期的那樣減少了工作干細胞的數量。