中科院Cell子刊发现气管双面功能

　　

来自中科院动物研究所生物膜与膜生物工程国家重点实验室的研究人员发表了题为“Trachea-Derived Dpp Controls Adult Midgut Homeostasis in Drosophila”的文章，发现果蝇气管来源的BMP配体Dpp在调节中肠稳态中发挥着重要作用，这首次揭示了气管的双面功能，相关成果公布在Developmental Cell杂志上。

文章的通讯作者是动物研究所“****”特聘教授林鑫华，第一作者为李周华博士，林教授研究领域主要着重于发育过程中形态发生素浓度梯度的形成机制，细胞间信号转导及干细胞研究。在Wnt信号转导的研究工作中，曾首先发现肝素硫酸蛋白聚糖类（HSPG）在发育进程中对调节Wnt信号是必需的等。

成体组织的正常结构和功能（即组织稳态）是由成体干细胞及其子代分化细胞来维持的。最好的例子就是成体的胃肠道组织：由于胃肠道组织不断受到食物摩擦、病原菌侵染等外部因素的干扰，造成胃肠道上皮细胞的不断丢失，这些丢失的细胞必需被及时补充以维持胃肠道上皮组织的稳态。成体干细胞的维持和分化必需受到严格的调控。干细胞的过早分化会导致干细胞的的丧失，而干细胞的过度增殖和子代细胞的分化缺陷会导致分化细胞的丧失，这些都会导致早衰或者诸如癌症在内的一系列疾病的发生。研究干细胞维持和分化的调控机制可以揭示人类疾病的致病机制，为疾病治疗奠定基础。然而，目前关于成体组织稳态调控的机理，尤其是组织间对话在组织稳态中的作用尚未很好地研究。

经典的模式生物黑腹果蝇的中肠组织与哺乳动物的小肠在遗传发育、结构、功能等方面都极为相似，研究果蝇中肠组织的稳态调控机制可以为人类疾病的治疗奠定良好的基础。在这篇文章中，研究人员以此为研究对象，发现果蝇气管来源的BMP配体Dpp在调节中肠稳态中发挥着重要作用。

研究表明，Dpp信号通路主要在果蝇中肠的吸收细胞中激活，而在吸收细胞中抑制Dpp信号通路会产生大量的类中肠干细胞及其子代细胞，从而导致肠道稳态丧失。最令人兴奋的是，研究发现Dpp信号通路的配体特异地在果蝇的呼吸器官—气管中表达，随着气管细胞穿过基底层肌肉细胞而传递到肠道组织。重要的是，在气管中抑制Dpp配体的表达会产生与在吸收细胞中抑制Dpp信号通路一致的表型。

这项研究首次揭示了气管不仅负责气体交换的功能，同时还分泌Dpp形态发生素来调节肠道组织稳态。这些发现将开辟一个全新的组织间对话影响组织稳态的领域。这必将对今后研究组织间对话、组织稳态、器官重塑、癌症发生等多个领域产生深远的影响。

原文摘要：

Trachea-Derived Dpp Controls Adult Midgut Homeostasis in Drosophila

Homeostasis in adult tissues is maintained by resident stem cells and their progeny. Little is known about the regulation of tissue homeostasis by organ-organ interaction. Here we demonstrate that trachea-derived Decapentaplegic (Dpp), the main bone morphogenetic protein ligand in Drosophila, is essential for adult midgut homeostasis. We show that Dpp signaling is primarily activated in enterocytes (ECs). Depletion of Dpp signaling in ECs results in excess amounts of intestinal stem-cell-like cells and their progeny. Importantly, we find that Dpp is expressed specifically in tracheal cells that reach the intestinal cells through the visceral muscles. Depletion of dpp expression in tracheal cells phenocopies the Dpp loss-of-function defects in ECs. Our data demonstrate that the Drosophila trachea not only exchanges air for bodily needs but also produces a Dpp morphogen essential for neighboring tissue homeostasis. This work will provide important insights into the mechanisms of tissue homeostasis control by interorgan communication.

作者简介：

林鑫华

　　1984年毕业于杭州大学生物系，获学士学位；1987年毕业于中国科学院上海细胞生物学研究所，并获得硕士学位；1995年毕业于美国华盛顿大学，获得分子遗传学博士学位。

　　1995-2000年在哈佛大学医学院进行博士后研究；2000-2008年受聘于美国辛辛那提儿童医院发育生物学系，历任助理教授、副教授、教授；于2008年入选首批国家“****”高层次海外引进人才，2009年全职受聘于中国科学院动物研究所，任研究员、博士生导师，并组建中科院干细胞重点实验室（筹）和细胞信号转导与发育机理研究组。目前担任中国科学院干细胞重点实验室（筹）主任、中国动物学会理事、中国细胞生物学会北京分会副理事长;任国际期刊 Developmental Dynamics、Fly、The Open Cell Signaling Journal 编委，担任《细胞生物学学报》副主编。

　　研究领域主要着重于发育过程中形态发生素浓度梯度的形成机制，细胞间信号转导及干细胞研究。在Wnt信号转导的研究工作中，首先发现肝素硫酸蛋白聚糖类（HSPG）在发育进程中对调节Wnt信号是必需的（Development, 1997; Nature, 1999）。首次发现Glypicans Dally和Dlp是参与Wnt信号通路的主要HSPG，并阐述了其调控Wnt信号转导的分子机制（Developmental Cell, 2009； Development, 2005；Development, 2004）。首次在果蝇和爪蟾中分离鉴定出新的Wnt信号通路成员Pygopus，并揭示其在发育中的作用（Development, 2002）。发现HSPG除在Wnt信号通路外，还在FGF、Hh和Dpp信号通路中发挥重要作用（Cell, 2004；Molecular Cell, 2005；Dev Biol, 2007）。发现三种形态发生素（Wg、Hh和Dpp）并不受主动运输内吞作用的调控，而是受HSPG介导的限制性扩散机制的调控（Cell, 2004；Development, 2004；Development, 2005；Developmental Cell, 2009）。以上研究成果对于形态发生素梯度形成理论做出了重要贡献。

　　过去十年中，林鑫华在细胞信号转导领域的研究成绩斐然，研究工作发表在国际一流的专业杂志上共计30余篇。许多成果被Nature综述类杂志重点介绍；其对Wnt/Wg信号通路的贡献获得发育生物学家们一致肯定；蛋白糖在形态发生素浓度梯度形成中的作用，被公认为是这一领域的重大发现。

获奖及荣誉：
　　曾获美国癌症协会学者奖（2007-2011）；国家自然科学基金委海外杰出青年科学家奖（2007；B类）；Basil O’Connor学者奖（2002-2004）；日本第十五届复合糖国际研讨会青年科学家奖（1999）。