干細(xì)胞似乎能記住舊傷，以促進傷口愈合。當(dāng)這個系統(tǒng)出現(xiàn)問題時，就會引發(fā)慢性炎癥。干細(xì)胞以終生補充身體其他細(xì)胞而聞名，并且可能具有額外、不可預(yù)見的能力，可以儲存對過去創(chuàng)傷和炎癥的記憶。

皮膚、腸道和呼吸道的新研究表明，干細(xì)胞通常與免疫系統(tǒng)合作利用這些記憶來改善組織對后來的損傷和致病性攻擊的反應(yīng)。紐約大學(xué)免疫學(xué)家蘇魯?shù)佟つ慰耍⊿hruti Naik）研究了皮膚和其他組織的記憶效應(yīng)并說：干細(xì)胞有敏銳的感知環(huán)境和反應(yīng)能力，開始意識到，這些細(xì)胞不僅僅用于制造組織但當(dāng)這些反應(yīng)出現(xiàn)問題時，可能會引發(fā)一系列與慢性炎癥有關(guān)的長期健康問題，比如嚴(yán)重過敏和自身炎癥性疾病。

博科園-科學(xué)科普：人體大多組織都含有一些長期存活的干細(xì)胞，這些干細(xì)胞可以根據(jù)需要分裂和分化成各種類型的細(xì)胞。例如皮膚中的干細(xì)胞可以分裂并產(chǎn)生色素或角蛋白的細(xì)胞譜系，形成汗腺細(xì)胞，甚至是當(dāng)身體移動時允許皮膚伸展的柔性屏障細(xì)胞。作為其他細(xì)胞類型的微型工廠，干細(xì)胞需要保持多才多藝的狀態(tài)，換句話說，它們必須是“白板”，不受其歷史的影響。但現(xiàn)在一幅新的畫面開始浮現(xiàn)。波士頓地區(qū)的研究人員在《自然》發(fā)表了一篇論文，為干細(xì)胞記憶提供了新的證據(jù)。

單細(xì)胞測序先驅(qū)亞歷克斯·沙萊克（ Alex Shalek）和麻省理工學(xué)院的免疫學(xué)約瑟夫奧多瓦斯蒙泰斯（JoséOrdovas-Montaes）以及布里格姆（Brigham）和婦女醫(yī)院免疫學(xué)家諾拉·巴雷特（Nora Barrett）領(lǐng)導(dǎo)的研究小組已經(jīng)著手研究為什么有些人會對空氣塵埃、花粉和其他物質(zhì)產(chǎn)生過敏反應(yīng)。大多數(shù)人最多會經(jīng)歷一場由這些刺激物引起的類似感冒的癥狀，但是大約12%的人有嚴(yán)重反應(yīng)，這種反應(yīng)持續(xù)一年，導(dǎo)致不舒服的息肉出現(xiàn)或生長。這項工作是研究小組在更大范圍內(nèi)探索慢性炎癥疾病(如哮喘和腸道炎癥)的第一步。

類似的自身炎癥性疾病一直被歸咎于免疫系統(tǒng)，被認(rèn)為是免疫系統(tǒng)對感知到的威脅反應(yīng)過度。但是波士頓的研究小組懷疑組織本身可能也存在問題。研究人員首先從慢性鼻竇炎患者發(fā)炎的鼻腔中提取細(xì)胞，并與健康對照組的細(xì)胞進行比較。在從20個不同的人那里收集了6萬個細(xì)胞后，他們對從單個細(xì)胞中提取的RNA分子進行了測序，以確定其中哪些基因是活躍的。在鼻竇炎患者的干細(xì)胞中，他們發(fā)現(xiàn)許多活躍的基因與過敏性炎癥有關(guān)，特別是這些基因是兩種免疫介質(zhì)的靶點，分別是白細(xì)胞介素4 (IL-4)和白細(xì)胞介素13 (IL-13)。它們是免疫細(xì)胞，如T淋巴細(xì)胞和B淋巴細(xì)胞，通常用來相互交流的小分子。

事實上靶向基因在干細(xì)胞中是活躍的，這意味著干細(xì)胞顯然與免疫系統(tǒng)直接溝通。由于預(yù)感到這種交流可能會對慢性病的性質(zhì)產(chǎn)生影響，研究人員進行了進一步的實驗。研究人員從過敏患者的呼吸道中取出細(xì)胞，在培養(yǎng)液中培養(yǎng)約5周，然后對其基因活性進行分析。發(fā)現(xiàn)與過敏性炎癥有關(guān)的基因仍然活躍，盡管灰塵和花粉的過敏性威脅早已消失。此外研究人員稱許多細(xì)胞“卡在”不完全成熟的狀態(tài)。研究結(jié)果表明干細(xì)胞可能會把記憶傳遞給下一代的細(xì)胞，這可能會在它們所補充的組織中造成近乎永久的改變。這一過程會讓人將其與免疫系統(tǒng)進行比較：B細(xì)胞和T細(xì)胞利用它們之前排斥的感染經(jīng)驗，更有效地抵御新的感染。

同樣干細(xì)胞可能會保留過去攻擊的記錄，以便在下次攻擊時加強反應(yīng)。但對于過敏患者來說，記憶顯然會變得不適應(yīng)。它可以讓干細(xì)胞永久地向免疫系統(tǒng)發(fā)出攻擊者存在的信號，創(chuàng)造一個促進炎癥和息肉的反饋循環(huán)。了解哪些細(xì)胞是“不良分子”，以及它們的反應(yīng)如何在組織中傳播，應(yīng)該會引發(fā)更有效的干預(yù)。在論文中研究人員能夠測試阻止IL-4和IL-13的抗體對鼻息肉患者干細(xì)胞和分泌細(xì)胞的影響。發(fā)現(xiàn)與健康組織相關(guān)的基因表達得到了實質(zhì)性的恢復(fù)，并且算是朝著未來治療方法的發(fā)展邁出了有希望的一步。

冷泉港實驗室的免疫學(xué)家森馬·碧雅（Semir Beyaz）說：這開創(chuàng)了一個新模式，不僅能夠關(guān)注細(xì)胞的自我更新潛能，還能關(guān)注它們與周圍環(huán)境的潛在相互作用。與少脂飲食小鼠相比，高脂飲食小鼠的腸道產(chǎn)生更多的莖狀細(xì)胞。在分裂時，腸道干細(xì)胞似乎也更頻繁地增加自己的數(shù)量，而不是產(chǎn)生更多分化細(xì)胞，這種變化與癌癥等疾病有關(guān)。從功能上講，細(xì)胞可以調(diào)節(jié)，免疫學(xué)家開始明白免疫反應(yīng)發(fā)生在組織中，而組織對此的反應(yīng)是在干細(xì)胞水平上。幾年前，奈克與干細(xì)胞生物學(xué)家合作，觀察了早期損傷和炎癥對小鼠傷口愈合的影響，希望了解炎癥經(jīng)歷是否會影響干細(xì)胞。

正如他們2017年發(fā)表在《自然》論文中所描述的那樣：如果小鼠身上的皮膚斑塊發(fā)炎并愈合，那么那個部位的傷口愈合速度將是原來的2.5倍，這種效果可能長達6個月。在實驗中保留在干細(xì)胞中的記憶大有益處，因為它調(diào)節(jié)細(xì)胞使其在傷口愈合和再生方面更強大。但事物都有雙面性，正如沙萊克、巴雷特和奧多瓦斯蒙泰斯所觀察到的，如果你教細(xì)胞壞行為，它們也會記住那些壞行為。干細(xì)胞如何儲存記憶還不得而知。在過敏和傷口愈合的研究中，這種機制似乎涉及到DNA的一些修改，使某些基因或多或少可以被激活。

奈克發(fā)現(xiàn)，兩次受傷的小鼠皮膚干細(xì)胞中的DNA包含許多不那么緊密的區(qū)域，這通常表明了基因活性，其中一些開放區(qū)域在炎癥結(jié)束后很長一段時間內(nèi)都被保留了下來。正如奈克和同事最近在《細(xì)胞》一文的評論中討論的那樣，干細(xì)胞在廣泛的組織中從事化學(xué)與免疫系統(tǒng)“對話”，與雙方和潛在的其他細(xì)胞類型匯集信息，以最有效的方式應(yīng)對不斷變化的環(huán)境。無論這些對話的細(xì)節(jié)是什么，所有的證據(jù)都表明，干細(xì)胞通過保存一些歷史記錄，在幫助組織適應(yīng)環(huán)境方面發(fā)揮著核心作用。一個組織應(yīng)該從它的經(jīng)驗中學(xué)習(xí)；這樣的話，就不必重蹈覆轍。

博科園-科學(xué)科普｜參考期刊文獻:《自然》（Nature）,《細(xì)胞》（Cell）

文：Monique Brouillette/Quanta magazine/Quanta Newsletter

博科園-參考論文文獻DOI：

DOI：doi.org/10.1038/s41586-018-0449-8

DOI：doi.org/10.1038/nature17173

DOI：doi.org/10.1038/nature24271

DOI：doi.org/10.1016/j.cell.2018.08.071

博科園-傳遞宇宙科學(xué)之美