日本九州大学的一个研究小组最近发现了一种以钙为基础的机制，它在处理死细胞方面起着关键作用，从而揭示了我们的身体是如何保护自己免受伤害和疾病的。在他们于2024年9月23日发表在《当代生物学》上的研究中，研究小组揭示了钙离子水平是如何利用基因工程上皮组织培养、分子标记和先进的成像技术，从上皮组织(体表细胞)中有效去除死亡或凋亡细胞的关键。

我们身体的表面，包括皮肤和内脏，都覆盖着一层上皮细胞，它们起着重要的屏障作用。当这些细胞受损并死亡(细胞凋亡)时，邻近的细胞迅速结合在一起，将它们推出体外，并堵住任何异物可能进入的缝隙，从而可能导致感染或炎症。尽管这一复杂的过程对于维持健康的上皮屏障至关重要，但直到现在，其背后的确切机制还不完全清楚。

这项研究由九州大学的池内淳一(Junichi Ikenouchi)教授及其同事松泽健二(Kenji Matsuzawa)博士和第一作者赵佑马(Yuma Cho)先生领导，日本东京大学和北海道健康科学大学的合作者也做出了贡献。

首先，研究小组使用聚焦激光诱导单个上皮细胞凋亡，并观察周围细胞的反应。然后，他们观察了附近细胞的反应，通过修饰它们来表达一种叫做GCaMP6的特殊钙离子探针，这使得他们能够实时观察钙的变化。有趣的是，他们发现凋亡细胞附近的钙水平显著升高，特别是在与死亡细胞交界的膜区域附近。研究人员将这种有趣的现象命名为“根尖挤压效应中的钙反应(CaRE)”。

为了更深入地研究这一新发现的机制，研究小组接下来研究了IP3受体的作用，IP3受体是细胞内存在的帮助调节钙离子水平的蛋白质。他们发现，抑制IP3受体的活性或去除其相关基因完全阻止了凋亡细胞的排出。使用先进的电子显微镜进一步分析显示，IP3受体的一个特定亚群，特别是位于桥粒附近的那些，在CaRE中起关键作用。

桥粒是一种细胞粘附结构，它在细胞之间形成牢固的连接，就像按钮一样将细胞连接在一起。它们在皮肤和器官内膜等组织中尤其重要，有助于保持一切完整和正常运作。桥粒通过确保相邻细胞的紧密结合，在维持我们身体组织的结构和稳定性方面起着关键作用。研究小组发现，桥粒附近IP3受体的激活对于触发一组称为肌动球蛋白复合物的蛋白质的收缩是必要的，肌动球蛋白复合物有助于细胞改变形状和移动，促进凋亡细胞的清除。Ikenouchi强调说:“我们的研究揭示了IP3受体在桥粒中的新作用，后者以前被认为只参与上皮细胞之间的机械连接。”

由于这项研究是在培养细胞上进行的，研究小组指出，需要进一步分析CaRE机制，以确定该机制是否在生物体中也起作用，它在不同的器官组织之间是否存在差异，以及其他因素是否也起作用。

总的来说，这项研究促进了我们对我们的身体如何维持健康的上皮的理解——这是我们许多人认为理所当然的。Ikenouchi总结道:“我们的研究结果为理解由上皮屏障破坏引起的疾病提供了有价值的见解，例如特应性皮炎和炎症性肠病，并可能有助于开发新的预防措施和治疗慢性炎症的方法。”