镉对果蝇肠道上皮细胞损伤和调控中肠干细胞增殖、分化机制的研究

楼哲丰¹ 曹琼洁¹ 冯钰淇¹ 蔡慧敏¹ 段银波¹ 张岩² 林鑫华² 金龙金^1*

¹温州医学院检验医学院、生命科学学院, 浙江省医学遗传学重点实验室, 温州 325035; ²中国科学院动物研究所生物膜与膜生物工程国家重点实验室, 北京 100101

摘要 : 重金属元素镉具有较强的生物毒性, 是威胁人类健康的重要环境污染物质。为探索镉的过量摄入对生物消化系统的潜在影响, 以果蝇中肠系统为实验模型, 以不同浓度的氯化镉作为处理因素, 探讨其对肠道细胞的损伤作用和调控中肠干细胞增殖、分化的相应机制。通过透射电镜观察, 发现镉对果蝇中肠上皮细胞超微结构具有损伤作用, 并且损伤程度具有显著的浓度依赖性; 免疫荧光结果证实, 镉的过量摄入对中肠干细胞(intestinal stem cell, ISC)、成肠细胞(enteroblast,EB)和肠上皮细胞(enterocyte, EC)的数量和比例能够产生影响, 且显著促进中肠干细胞的增殖; Real-time RT-PCR检测结果表明, 肠道组织中表皮生长因子受体(epidermal growth factor receptor,EGFR)和JAK/STAT信号通路配体基因的转录水平显著提高, JAK/STAT信号通路同时被大幅度活化。结果显示: 高浓度镉的摄入对果蝇中肠上皮细胞核膜、线粒体和微绒毛等超微结构造成损伤, 该类损伤能够诱使果蝇肠道组织上调表达相关配体蛋白, 从而激活干细胞的EGFR和JAK/STAT信号通路, 从而促进ISC的增殖与分化能力, 继而实现对肠道损伤组织进行及时的修复。然而,中肠干细胞增殖信号通路的持续激活以及干细胞的过度增殖同样具有诱发肠道肿瘤发生的潜在可能。