斑马鱼帮助解码钙缺乏和结肠癌的关联

在12月13日的Nature子刊《Cell Death & Differentiation》杂志上发表的一项最新研究中，密歇根大学的研究人员，通过斑马鱼胚胎皮肤活细胞，解析了钙缺乏和结肠癌的结肠细胞异常生长之间存在的复杂联系。

　　

生物通报道：钙缺乏会引起异常的结肠生长，增加结肠癌风险，但是对于其中的机制还知之甚少。一个小的、透明的鱼胚胎和一连串的惊喜，带领科学家们更深入地了解低钙和结肠癌之间的复杂联系。

密歇根大学的研究人员通过研究斑马鱼胚胎皮肤，解码了能够导致钙缺乏人群中肿瘤和结肠癌的结肠细胞异常生长背后的细胞信息。他们也在人结肠癌细胞中检验了这种新机制。这项研究成果发表在12月13日的Nature子刊《Cell Death & Differentiation》杂志上。

密歇根大学分子、细胞和发育生物学系的段存明（Cunming Duan）教授说，在斑马鱼中揭开的这种新的生物机制，最终能帮助科学家们理解，引起低钙相关的结肠细胞异常生长的细胞通路，和如何停止这种异常的细胞生长。

为此，段教授和同事们利用一种荧光蛋白标记一种类型的上皮细胞——其功能是将钙输入到体内。本质上，这类细胞在人和斑马鱼中都发挥相同的作用，但是科学家们可以研究斑马鱼胚胎中的活细胞，因为它们位于皮肤上，而不是像人类那样其位于肠道和肠中。

当研究人员把斑马鱼胚胎置于无钙水中时，他们惊讶地发现，这样做会激活一种刺激这些上皮细胞分裂和生长的特殊生长因子。钙转运蛋白（TRPV5/6）是这个活化作用所必需的，这是动物在低钙环境中，将钙输入细胞的一种明显的生存机制。

段教授说，如果没有足够的钙，动物和人都不能生存，因此调节钙是至关重要的。联系钙转运蛋白和这种生长因子的信号通路是全新的，科学家们已经在人类结肠癌细胞中证实了相同的通路。这个发现也论证了有助于人和动物在低钙调节下生存的内置的、进化上保守的钙调节机制。

段教授指出，了解钙诱导的结肠细胞生长异常背后的机制，是开发阻止结肠癌的药物和其它疗法的第一步。他说：“从理论上讲，很可能有一天你会将此应用到人类中，阻止人结肠癌细胞的分裂。”

段教授称，一些令人吃惊的发现和不太可能的因素汇聚到一起，推动了这项研究的进行。首先，段教授的实验室甚至不研究癌症，而是研究斑马鱼胚胎发育中的生长因子。他说：“我们意外地发现，当改变水中的钙的水平时，这些细胞会拼命地分裂。”于是，研究人员转向一个新的方向。“我们想知道，参与其中的生长因子，是否与结肠癌有任何关系。”（生物通：王英）

注：段存明，山东省青岛市出生。1982年毕业于山东海洋学院（现中国海洋大学）获学士学位，1988年毕业于日本高知大学获硕士学位，1991年毕业于日本东京大学获博士学位。1991-1996年先后在美国华盛顿大学（University of Washington）和北卡罗莱纳大学医学院（University of North Carolina School of Medicine）做博士后工作。1996-至今执教于美国密歇根大学（University of Michigan)。2002年获密歇根大学终身教职。现任密歇根大学终身教授、分子细胞和发育生物学系副主任，该校分子内分泌生理学实验室主任。2005年受聘中国海洋大学教育部“****奖励计划”讲座教授，2008年受聘中国海洋大学“绿卡人才工程”岗位客座教授。段存明教授的主要研究方向是在细胞和分子水平上阐明肽类激素和生长因子、用新的模式动物检索和发现对脊椎动物的生长发育有重大影响的基因家族、寻找与人类疾病有关的新基因和信号通路并探讨其成为药物开发的新的靶标的可能性。

生物通推荐原文摘要：
Calcium deficiency-induced and TRP channel-regulated IGF1R-PI3K-Akt signaling regulates abnormal epithelial cell proliferation
Abstract：Calcium deficiency causes abnormal colonic growth and increases colon cancer risk with poorly understood mechanisms. Here we elucidate a novel signaling mechanism underlying the Ca2+ deficiency-induced epithelial proliferation using a unique animal model. The zebrafish larval yolk sac skin contains a group of Ca2+-transporting epithelial cells known as ionocytes. Their number and density increases dramatically when acclimated to low [Ca2+] environments. BrdU pulse-labeling experiments suggest that low [Ca2+] stimulates pre-existing ionocytes to re-enter the cell cycle. Low [Ca2+] treatment results in a robust and sustained activation of IGF1R-PI3K-Akt signaling in these cells exclusively. These ionocytes specifically express Igfbp5a, a high-affinity and specific binding protein for insulin-like growth factors (IGFs) and the Ca2+-selective channel Trpv5/6. Inhibition or knockdown of Igfbp5a, IGF1 receptor, PI3K, and Akt attenuates low [Ca2+]-induced ionocyte proliferation. The role of Trpv5/6 was investigated using a genetic mutant, targeted knockdown, and pharmacological inhibition. Loss-of-Trpv5/6 function or expression results in elevated pAkt levels and increased ionocyte proliferation under normal [Ca2+]. These increases are eliminated in the presence of an IGF1R inhibitor, suggesting that Trpv5/6 represses IGF1R-PI3K-Akt signaling under normal [Ca2+]. Intriguingly, blockade of Trpv5/6 activity inhibits the low [Ca2+]-induced activation of Akt. Mechanistic analyses reveal that the low [Ca2+]-induced IGF signaling is mediated through Trpv5/6-associated membrane depolarization. Low extracellular [Ca2+] results in a similar amplification of IGF-induced PI3K-PDK1-Akt signaling in human colon cancer cells in a TRPV6-dependent manner. These results uncover a novel and evolutionarily conserved signaling mechanism that contributes to the abnormal epithelial proliferation associated with Ca2+ deficiency.