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该研究揭示 Piezo1 通过 SCD1-Wnt-β-catenin 通路调控结肠干细胞命运，为肠道疾病治疗提供新思路。
### 肠道干细胞的 “守护者” 与 “调控者”：Piezo1 的关键作用
在人体肠道这个复杂的 “生态系统” 中，肠道干细胞（ISCs）如同勤劳的 “修复工”，对维持肠道内环境稳定起着至关重要的作用。它们不断地自我更新，帮助肠道上皮应对各种损伤，无论是机械应力、炎症，还是感染等因素造成的伤害。而在众多参与肠道干细胞调控的因素中，Piezo1 蛋白作为一种机械敏感离子通道，逐渐走进了科研人员的视野。
Piezo1 与结肠干细胞的 “不解之缘”
以往研究大多聚焦于小肠中的 ISCs，对于 Lgr5+结肠干细胞干性的调控机制了解甚少。Piezo1 广泛表达于肠道上皮，它就像一个 “传感器”，能感知细胞膜张力变化，并将机械刺激转化为细胞内的钙信号，参与多种生物学过程。研究人员通过免疫荧光染色和定量聚合酶链反应（qPCR）发现，Piezo1 在小鼠结肠隐窝和类器官（colonoids）中与 Lgr5+结肠干细胞共表达，且具有活性。
为了探究 Piezo1 对结肠干细胞生长的影响，研究人员进行了一系列实验。他们用 Piezo1 通道抑制剂 GsMTX4、激动剂 Yoda1 以及 Piezo1 短发夹 RNA（shRNA）处理结肠类器官。结果发现，抑制或敲低 Piezo1 能促进结肠干细胞生长，表现为类器官的芽增多、表面积增大，增殖细胞数量显著增加；而激活 Piezo1 则产生相反的效果。这表明 Piezo1 表达和活性对结肠干细胞的生长有着重要影响。
微环境硬度的 “双刃剑”：通过 Piezo1 影响结肠干细胞
肠道微环境的机械硬度也是影响结肠干细胞功能的重要因素。研究人员将结肠类器官培养在软基质和硬基质上，模拟不同的生长环境。结果发现，硬基质培养的结肠类器官中 Piezo1 蛋白表达更高，钙离子浓度也更高。随着时间推移，硬基质培养的结肠类器官在传代过程中，芽的比例和每个类器官的芽数逐渐减少，这说明硬基质抑制了结肠类器官的扩张。
进一步研究发现，敲低 Piezo1 可以挽救硬基质对结肠干细胞功能的抑制作用。这表明，高基质硬度通过激活 Piezo1 抑制了结肠干细胞的自我更新，而 Piezo1 在其中起到了关键的介导作用。
Wnt 信号通路：Piezo1 调控结肠干细胞的 “桥梁”
Wnt 信号通路是维持结肠干细胞干性和调节肠道上皮细胞命运的主要因素。研究人员发现，Piezo1 的激活或抑制会影响 Wnt 信号通路相关基因的表达。激活 Piezo1 会导致增殖基因 Ki67 和 Wnt 信号基因 Axin2 表达降低，β-catenin 和 Axin2 的蛋白水平也下降；而抑制 Piezo1 则会使这些基因和蛋白的表达增加。
在硬基质培养的结肠类器官中，Wnt 信号受到抑制，表现为 Lgr5 蛋白表达减少，β-catenin 和 Axin2 的表达也降低。但敲低 Piezo1 可以恢复 Wnt 信号的抑制，这表明 Piezo1 对结肠干细胞功能的抑制与 Wnt 信号通路的下调有关。
SCD1：Piezo1 调控通路的关键 “节点”
为了深入了解 Piezo1 抑制维持结肠干细胞功能的机制，研究人员进行了 RNA 测序（RNA-seq）。结果发现，Piezo1 抑制影响了多种生物学过程，包括脂肪酸（FA）代谢、FA 生物合成和细胞周期等。其中，与硬脂酰辅酶 A 9 - 去饱和酶 1（SCD1）活性相关的基因表达显著上调。
SCD1 是一种锚定在内质网（ER）膜上的酶，能催化脂肪酸的去饱和反应，对维持癌症干细胞的干性有重要作用。研究人员推测 SCD1 是 Piezo1 的下游调节因子，参与维持结肠干细胞的干性。通过实验验证，他们发现抑制 SCD1 会损害结肠干细胞的功能，而补充 SCD1 的主要产物油酸（OA）可以部分逆转 Piezo1 激活对结肠干细胞的损伤。这表明 Piezo1 通过 SCD1 介导 Wnt-β-catenin 信号通路来调节结肠干细胞的干性。
体内研究：验证 Piezo1-SCD1 轴的重要性
为了进一步在体内验证 Piezo1 的作用，研究人员建立了 ISC 特异性 Piezo1 缺陷小鼠（Piezo1ΔISC小鼠）。结果发现，Piezo1 缺陷促进了结肠上皮的增殖，表现为隐窝深度增加，Ki67+细胞和 Lgr5+细胞数量增多，Lgr5、β-catenin 和 Axin2 的蛋白表达也显著增加。
体外培养来自 Piezo1ΔISC小鼠的结肠干细胞，发现其类器官比野生型小鼠的类器官更大、芽更多、GFP+细胞比例更高。而 SCD1 抑制剂能抑制这种增强的结肠干细胞干性，这进一步证明了 SCD1 作为 Piezo1 下游分子参与调节结肠干细胞功能。
研究人员还对小鼠进行 Yoda1 干预，模拟体内 Piezo1 激活的病理状态。结果发现，Yoda1 处理后，小鼠结肠隐窝变浅，结肠干细胞增殖受到抑制，Lgr5、β-catenin 和 Axin2 的蛋白表达降低。而补充 OA 可以部分恢复受损的结肠干细胞干性，表明外源性 OA 可以逆转 Piezo1 激活导致的结肠干细胞干性受损。
脂肪酸代谢的 “重塑”：Piezo1 干预的影响
由于 SCD1 是脂肪酸去饱和过程的关键酶，研究人员进一步探究了 Piezo1 敲低和激活对小鼠结肠隐窝脂肪酸代谢的影响。通过脂肪酸代谢组学分析发现，Piezo1 干预后，结肠隐窝中多种脂肪酸的含量发生了变化。
在 Piezo1ΔISC小鼠中，SCD1 蛋白表达增加，脂肪酸去饱和增强，表现为总体多不饱和脂肪酸（PUFAs）与饱和脂肪酸（SFAs）的比例升高；而在 Yoda1 处理的小鼠中，SCD1 蛋白表达减少，脂肪酸去饱和受到抑制，SFAs 比例增加，MUFAs 和 PUFAs 比例下降。这表明 Piezo1 的干预会导致结肠隐窝脂肪酸代谢的重编程，影响结肠干细胞的干性和结肠上皮的增殖。
炎症性肠病中的 Piezo1：潜在的治疗靶点
在炎症性肠病（如溃疡性结肠炎 [UC] 和克罗恩病）患者中，肠道干细胞的生存基质会因炎症损伤而变硬，这可能影响肠道干细胞的功能。研究人员发现，在慢性结肠炎小鼠和 UC 患者的结肠中，Piezo1 表达增加，同时 Lgr5 表达降低，两者呈负相关。这表明受损的结肠干细胞干性与 Piezo1 表达增加有关。
进一步研究发现，GsMTX4 可以促进结肠炎类器官中结肠干细胞的增殖，增加 Wnt 靶基因的表达，从而改善上皮稳态。虽然 OA 未能挽救结肠炎中受损的结肠干细胞干性，但 GsMTX4 的作用表明，抑制 Piezo1 可能是治疗结肠炎的一种有前景的策略。
研究背后的 “故事”：发现与展望
这项研究揭示了 Piezo1 在调节结肠干细胞干性方面的关键作用，以及 SCD1-Wnt-β-catenin 和 SCD1 介导的脂肪酸去饱和过程在其中的重要作用。适当的机械刺激对干细胞功能有益，但过强或过长时间的刺激则有害。在 IBD 患者中，肠道组织硬度增加，可能通过激活 Piezo1 影响肠道干细胞功能。
研究还发现，Piezo1 对 Wnt-β-catenin 信号通路的调节机制较为复杂，可能涉及多种因素。此外，脂肪酸代谢与干细胞干性密切相关，SCD1 在其中起着关键作用。虽然 OA 在治疗结肠炎方面效果不佳，但 GsMTX4 显示出了潜在的治疗价值。
然而，该研究也存在一些局限性。例如，由于技术限制，无法精确量化低硬度 Matrigel 的硬度；Piezo1 对 SCD1 的调控机制尚未完全明确；结肠干细胞对不同来源脂肪酸的利用也有待进一步探索。
未来，结肠干细胞 Piezo1 有望成为 IBD 治疗的新靶点，GsMTX4 也可能成为促进受损肠道上皮再生的潜在药物。科研人员将继续深入研究，为肠道疾病的治疗开辟新的道路。
