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果蝇中肠上皮再生依赖于肠道干细胞（ISC）及其后代中转录因子的差异表达。研究人员针对 Grainy head（Grh）基因异构体在中肠上皮的功能展开研究，发现 Grh.O 异构体维持 ISC，而 Grh.N 异构体促进其分化，这为理解上皮再生调控提供了新视角。
在微观的生命世界里，上皮组织如同身体的 “防护墙”，守护着各个器官。其中，果蝇的中肠上皮是研究上皮干细胞维持和分化分子机制的绝佳模型。在这个小小的中肠里，肠道干细胞（Intestinal Stem Cells，ISC）就像一群勤劳的 “建筑工人”，不断分裂、分化，替换那些受损或老化的细胞，维持着中肠上皮的稳定。然而，长久以来，科学家们并不清楚 Grainy head（Grh）基因家族在这一过程中扮演着怎样的角色。
为了揭开这个谜团，来自澳大利亚墨尔本大学（University of Melbourne）等机构的研究人员踏上了探索之旅。他们深入研究 Grh 基因在果蝇中肠上皮的功能，最终取得了重要发现。相关研究成果发表在《Cell Death Discovery》杂志上，为我们理解上皮组织的再生调控机制打开了新的大门。
在研究过程中，研究人员运用了多种关键技术方法。首先，利用 Mosaic Analysis with Repressible Cell Marker System（MARCM）系统构建标记克隆，来观察基因变异对细胞的影响；其次，借助 RNA 干扰（RNAi）技术，特异性地降低目标基因的表达，探究基因功能；此外，还运用了 CRISPR 介导的诱变技术，精准地编辑基因。通过这些技术，研究人员对 Grh 基因异构体在果蝇中肠上皮的功能展开了全面研究。
Grainyhead O - 异构体维持 ISC 的机制
研究人员首先对不同的 grh 等位基因进行研究，包括无义突变等位基因（如grh52140和grh ）和一个仅破坏 O - 异构体功能的亚效等位基因（grh370 ）。利用 MARCM 系统在果蝇中肠组织中生成 GFP 标记的纯合 grh 突变克隆后发现，与对照组相比，grh370克隆在 10 天克隆诱导后（10DPCI）数量明显减少，且克隆内包含的 ISC 数量也显著降低，这表明 Grh O - 异构体对 ISC 的维持至关重要。
为进一步验证这一结论，研究人员构建了另一个特异性突变所有 O - 异构体的grhWG等位基因，并通过 RNAi 靶向 O - 异构体。结果显示，grhWG克隆数量减少，且敲低 Grh O - 异构体后，ISC 过早分化为肠母细胞（Enteroblast，EB），这些实验结果充分证实了 Grh O - 异构体通过防止 ISC 分化来维持其数量。
异位表达 N 异构体促进细胞分化
由于 O - 异构体特异性突变体表现出更严重的表型，研究人员推测 N - 和 O - 异构体在调控 ISC 中可能具有不同作用。虽然无法构建 N - 异构体功能缺失的等位基因，但他们通过在 ISC/EB 中过表达 N - 异构体（如 grh.RP 和 grh.RH）来探究其功能。结果发现，过表达 N - 异构体导致 ISC/EB 数量减少，且这种减少并非由细胞凋亡引起，而是因为细胞发生了分化，表现为表达肠细胞（Enterocyte，EC）标记物 Pdm - 1 的细胞比例增加，这表明增加 N - 异构体的表达会诱导 ISC 沿着 EC 谱系分化。
Grh 在成体中肠的表达情况
为确定 Grh 在成体果蝇中肠是否表达，研究人员设计引物进行数字液滴 PCR（Droplet Digital PCR，ddPCR）检测，发现 Grh 转录本在中肠表达水平较低，与已知的 ISC/EB 标记基因 esg 相比，其表达量更接近 ISC 调节基因 sna。通过免疫荧光染色难以检测到 Grh 蛋白表达，但利用 grh - GFP 菌株和 grh1249 - G4 驱动 Gal4 表达的方法，证实了 Grh 转录本存在于中肠，且在 ISC 中具有转录活性。
异位表达 Grh O - 异构体对细胞分化的影响
研究人员还探究了特异性提高 O - 异构体水平的影响。在 ISC/EB 中异位表达 Grh.RL 后发现，与对照组相比，Esg + 细胞比例增加，且部分细胞同时表达 ISC 标记物 Delta（Dl）和 EC 标记物 Pdm - 1，细胞呈现出中间状态，具有 ISC、EB 和 EC 的特征。这种异常积累导致细胞身份混乱，最终引发细胞死亡，刺激 ISC 增殖。进一步研究发现，在 ISC 中单独表达 Grh.RL 不会增加 ISC 数量，而在 EB 中表达则会促进 EB 细胞分裂，并加速其向 EC 谱系的分化。
综上所述，该研究揭示了 Grh 在果蝇中肠 ISC 维持和分化中的关键作用。Grh O - 异构体对于维持 ISC 至关重要，其缺失会导致 ISC 从上皮中丢失；而 N - 异构体则在异位表达时促进 ISC 分化。此外，Grh 的异常表达会导致细胞身份混乱和细胞死亡，进而影响中肠上皮的再生。这些发现为深入理解上皮组织再生的分子机制提供了重要线索，也为后续研究上皮干细胞的调控提供了新的方向，让我们对生命微观世界的奥秘又有了进一步的认识，为未来相关领域的研究奠定了坚实的基础。
