摘要：传统观点认为，肠道细胞是因“拥挤”被排出上皮组织。但最新发表于《Science》的研究颠覆了这一认知，研究人员发现，肠道细胞的排出其实是一场由肌动蛋白-肌球蛋白网络驱动的“拔河”——拉不住的细胞，才会被淘汰出局！
传统观点认为，肠道细胞是因“拥挤”被排出上皮组织。但最新发表于《Science》的研究颠覆了这一认知，研究人员发现，肠道细胞的排出其实是一场由肌动蛋白-肌球蛋白网络驱动的“拔河”——拉不住的细胞，才会被淘汰出局！
文章介绍
题目：上皮张力控制肠道细胞排出
杂志：Science
影响因子：45.8
发表时间：2025年9月
#1
研究背景
Background
肠道上皮是人体更新最快的组织之一，每几天就会完成一次“换岗”。细胞从隐窝生成后，向上迁移至绒毛顶端，最终被“排出”（淘汰）以维持组织稳态。
过去主流观点认为，这种细胞的排出是由于“overcrowding（过于拥挤）”所致。
然而，本研究利用类器官、光遗传学和激光消融等技术，首次揭示细胞排出是由细胞间张力差异驱动的主动过程。
细胞若无法维持与邻居的“拉力平衡”，就会被“拽”出局。
这一机制不仅重塑了对肠道稳态的理解，也为炎症性肠病、先天性簇状肠病等提供了新的治疗思路。
肠道上皮细胞之间类似拔河式的竞争调节着细胞外排。
#2
研究思路
Methods
本研究基于小鼠肠道类器官与活体组织，系统探讨细胞排出的力学调控机制。通过构建荧光标记的肌球蛋白报告系统，结合光遗传学激活与激光消融技术，精确操控并实时观测细胞间张力变化。
#3
主要研究结果
Results
1. 细胞从张力区域排出，而非由拥挤驱动
小鼠肠道类器官可在体外完整复现“隐窝干细胞增殖→绒毛分化→顶端排出”的整条自我更新流程。
研究团队利用H2B-mCherry核标记结合深度学习追踪，构建了一套高通量定量平台，在数百个细胞排出事件中精确锁定时间与空间坐标（图1A-B），为后续机制统计奠定高分辨率基础。
图1
隐窝区以核碎裂凋亡为主，绒毛区92%为活细胞排出，且细胞排出事件多发生在平均或低密度区域，排除了“越拥挤越排出”的传统观念（图1C-D）。
图1
基底部位的肌球蛋白Ⅱ从隐窝到绒毛顶端递增；激光线切显示顶端组织快速回弹，证实其处于持续张力而非压缩，为“张力性拔河”的机制奠定基础（图1I-K）。
图1
通过对野生型小鼠小肠进行激光线切实验，在绒毛顶端和轴部进行基底切割后，组织均出现快速回弹（图S2）。因此，肠道上皮细胞的排出并非由细胞拥挤或压缩引起，而是发生在张力区域，提示张力在调控细胞排出中具有关键作用。
图S2
2.一个高度动态的肌动球蛋白网络构成了基底组织张力的结构基础
为直观捕捉细胞骨架收缩力，构建Myl12a–mNeonGreen报告类器官实时反映肌球蛋白II活性。长时间光片成像显示，细胞被排出前，基底部位的肌球蛋白II数分钟内骤升，并沿侧壁“拉链”式爬向顶端，收缩力直接顶出细胞（图2C）。
图2
沿隐窝-绒毛轴量化显示，基底肌球蛋白II强度在绒毛域最高；超分辨STED显微镜揭示两种分布：顶端以junctional池为主，基底则形成medial池（辐射状连接胞体中心与侧壁）。两种池在基底重叠，构成横跨多细胞的“基底肌动蛋白-肌球蛋白网络”，类似其他上皮协调运动结构（图2E-F）。
图2
将报告类器官接种于仿体内三维隐窝-绒毛拓扑水凝胶。高时空分辨率活成像揭示基底侧肌球蛋白II呈周期性“脉冲”式聚集与消散，伴随基底面积同步缩小（收缩）与扩张（松弛）。邻近细胞面积变化呈反相关，表明张力通过连接位点跨细胞传递，实现组织级协调（图3A-C）。
图3
3.细胞的排出受其施加组织张力的能力所调控
为探究肌球蛋白II活性如何影响上皮张力与细胞排出，设计了一种基于CRY2和Arhgef11的光诱导Rho激活系统，并将其整合进小鼠肠道类器官。
利用光遗传学工具，通过蓝光激活Rho信号通路，增强肌球蛋白II活性与组织张力，直接观察到细胞排出率显著上升，证实张力变化对细胞排出有直接影响（图4B-C）。
图4
利用光遗传工具精确地只激活肠道绒毛尖端一半区域的肌球蛋白II活性，创造低张力与高张力细胞群边界，发现非诱导侧细胞排出率激增，说明张力差异是细胞排出的主要调节因素（图S5D-E）。
图S5
为了进一步验证张力差异对排出的影响，构建了遗传混合类器官模型，其中包含不同比例的野生型细胞（标记H2B-iRFP）与光遗传学改造细胞（标记H2B-mCherry）（图S5K-L）。
研究发现，野生型细胞在肌球蛋白II活性低的环境中排出率上升，验证了张力差异导致细胞排出的规律性变化。
图S5
4.基底皮层结构完整性受损诱导细胞排出
为了在细胞水平验证“张力拔河”假说，采用红外激光微手术破坏单个细胞的基底层，发现基底受损细胞迅速扩张并被排出，而核受损细胞则不会。基底扩张程度与排出概率相关，肌球蛋白II活性在后续排出过程中发挥关键作用，其被抑制后排出概率和速度均显著下降，证实了基底张力完整性对维持细胞在组织中的稳定至关重要，一旦受损细胞将被主动排出（图6）。
图6
通过激光破坏多细胞基底连接点，发现能引发多个细胞协同排出，且肌球蛋白II活性对这一过程同样关键。多细胞排出时，特定肌动蛋白-肌球蛋白结构收缩，而邻近细胞连接保持完整，组织整体排出率未上升（图S6）。
在嵌合体类器官中观察到，排出细胞及其邻近细胞的肌球蛋白II水平均会上调，说明排出是一个组织层面的协同事件，排出细胞能触发周围细胞肌球蛋白II上调来协助自身排出（图6S-T），体现了上皮组织在维持稳态过程中细胞间的高度协作性，进一步揭示了细胞排出不仅是细胞自主行为，更是组织层面的协同调控过程。
图6
5.上皮细胞粘附分子（Epcam）缺失扰乱簇状肠病中的组织张力和上皮稳态
通过CRISPR技术构建Epcam−/−肠道类器官，发现其形态扭曲、生长延迟且分化异常，干细胞和未成熟肠细胞标记物表达增加，成熟细胞类型标记物表达减少，与先天性簇状肠病（CTE）病理特征一致，表明Epcam缺失破坏了组织张力和上皮稳态（图S8）。
Epcam−/−类器官细胞排出率显著上升，肌球蛋白II超活化，与组织张力增加促进细胞排出的机制相符（图7F-G），表明Epcam缺失通过影响张力调控细胞排出，可能参与CTE病理过程。
图7
在Epcam−/−与野生型细胞混合类器官中，野生型细胞优先被排出，且随着Epcam−/−细胞比例增加，野生型细胞排出富集度上升。Rho信号通路抑制剂可逆转这一现象，降低野生型细胞排出（图7H-K），证实了肌球蛋白II活性差异导致的张力异质性是细胞排出的关键因素，且在CTE病理中起重要作用。
图7
小结
本研究通过小鼠肠道类器官模型，结合光遗传学和激光微手术技术，揭示肠道上皮细胞排出由细胞间张力差异而非拥挤主导。
肌动蛋白-肌球蛋白网络形成动态张力网络，调控细胞力学平衡，细胞因张力不足或基底受损被排出。在模拟先天性簇状肠病的Epcam基因失活类器官中，肌球蛋白II超活化致张力失调，细胞排出率上升，破坏上皮稳态。
该发现为理解肠道上皮细胞排出机制及CTE病理提供新视角，也为相关疾病治疗提供潜在靶点。
参考文献
Krueger, D., Spoelstra, W. K., Mastebroek, D. J., Kok, R. N. U., Wu, S., Nikolaev, M., Bannier-Hélaouët, M., Gjorevski, N., Lutolf, M., van Es, J., van Zon, J., Tans, S. J., & Clevers, H. (2025). Epithelial tension controls intestinal cell extrusion. Science, 389(6764), eadr8753. doi: 10.1126/science.adr8753.
来源：培养盒守护者
