研究阐明了角膜更新和病变的机制

干细胞能在成熟组织中被识别和监测吗?我们的器官如何应对组织细胞频繁更新的需求和保护暴露在环境危害中的组织干细胞健康的需求?

以色列理工学院拉帕波特医学院的两个研究实验室最近合作发表了两篇开创性的文章，重点研究角膜的更新和发病机制——角膜是一种透明组织，对视力至关重要，是眼睛的“皮肤”。与皮肤相似的是，角膜细胞是不断脱落和补充的新细胞起源于干细胞．

与皮肤不同，透明的角膜缺乏保护皮肤的色素。因此，它高度暴露在有害辐射中。这是其中一个原因角膜干细胞位于角膜缘，即透明角膜和不透明巩膜(眼睛的白色部分)之间的狭窄区域。这些角膜缘干细胞(LSCs)的许多特性，如它们的普遍性、异质性和分子特征在很大程度上是未知的。这种知识差距阻碍了基于lsc治疗失明的疗法的发展。此外，干细胞如何应对不同的生理约束是干细胞生物学中一个悬而未决的关键问题。

第一篇文章，发表于细胞干细胞，在角膜中发现了两个以前未知的干细胞壁龛。每个生态位都包含独特的干细胞群，以确保其更新。第二篇发表在eLife上的文章介绍了通过维持组织中细胞死亡和自我更新之间的平衡来保护角膜的复杂控制机制。本文讨论了干细胞和分化细胞的基本特性如何影响偏远受保护区域干细胞的维持，以及细胞的周转率、它们的“新鲜度”和老化。这些强调跨学科研究重要性的突破，是由专攻干细胞研究的Ruby shalem - feuerstein教授的实验室和专攻定量生物学和生物物理学的Yonatan Savir教授的实验室合作实现的。

跟踪和识别

这项研究发表在细胞干细胞由Shalom-Feuerstein教授实验室的Anna Altshuler博士和Aya Amitai-Lange博士领导。他们综合创新技术包括单细胞水平的RNA测序，以及高级克隆谱系追踪-识别特定细胞的所有“后代”。该产品是一个前所未有的图谱，描述了角膜缘干细胞的基因特征及其完整谱系。

这张图谱中的发现表明，角膜缘容纳了两个位于两个不同壁龛的干细胞种群，这些壁龛以前没有被描述过，它们被称为“外”和“内”角膜缘。内角膜缘含有大量活跃的LSCs，它们经常分裂并定期更新角膜。外缘包含一群静止或休眠的LSCs，它们很少分裂，其功能是保护角膜边界，并作为受伤时激发的干细胞的紧急储存库。在体内克隆生长动态的数学分析表明，LSC群体是丰富的等势细胞，它们遵循随机规则，适应生态位上的中性竞争，决定它们的生存或灭绝。最后，本研究还发现了免疫系统的T细胞作为外缘小生境细胞，控制外LSCs的分裂频率和愈合过程的新功能。

Shalom-Feuerstein教授说:“传统的教条不考虑边缘的分区性或异质性，并将LSC视为一种被丰富的短命祖细胞包围的罕见细胞。尽管经过几十年的研究，这些假设的稀缺实体从未被发现。本研究提出了一个新的理论，描述了两个分布在其生态位的离散LSC种群，并揭示了它们的特征、动态和功能。我们希望这将为更好地理解LSC参与角膜致盲病理铺平道路。LSC遗传特征和生态位成分的图谱可以转化为目前相当有限的LSC纯化和生长的优化培养皿。”

在死亡和重生之间

干细胞生物学的一个关键问题是干细胞如何准确地平衡细胞损失，完美地调节组织的发育，并保持其大小和完整性。第二项研究发表在《eLife》杂志上，由医学院学生Lior Strinkovsky和博士生Evgeny Havkin(两人都来自萨维尔实验室)领导，重点研究了这一主题。研究人员开发了一个描述角膜细胞更新动态的数学模型，并测试了各种假设，并确定了在角膜组织细胞更新和衰老细胞死亡之间建立平衡的控制机制。

研究人员评估了干细胞可以维持组织稳态的不同假设，并测试了它们的可行性。分析揭示了角膜细胞的寿命(它们可以分裂的次数)和细胞在复制时相互影响的长度之间的内在关系(一个分裂的细胞是只与它最近的邻居细胞竞争，还是它会影响一个更大的邻居?)这些关系的含义之一是，被认为具有3-4次分裂寿命的“短命”祖细胞的寿命可能比以前认为的要长10-20倍。

萨维尔教授说:“我们身体中的许多组织(如角膜和皮肤)都处于细胞死亡和更新的永久状态，干细胞在组织的再生能力中起着至关重要的作用。”“然而，我们仍然没有完全了解干细胞是如何控制产生新细胞的能力，从而使细胞能够正常生长组织保持正确的大小。此外，普通细胞的寿命在维持新生成细胞数量和死亡细胞数量之间的平衡方面起着重要作用。我们的工作为可以很容易地通过实验验证的假设铺平了道路。”

干细胞的新视角

研究人员估计，他们的发现支持了一种理解，即传统的稀有干细胞模型是无效的。本研究成果对于了解干细胞在皮肤、肌肉、毛囊、骨髓等不同组织中的基本性质具有重要意义。

研究人员希望，在这项研究中揭示的角膜缘干细胞的身份和遗传特征，将为理解角膜疾病和其他疾病的发展过程铺平道路，在这些疾病中，各种组织中的干细胞受到损伤，也将导致创新治疗方法和新技术的发展，以修复受损的器官，如角膜。通过使用靶向干细胞中受损遗传途径的药物以及它们与支持它们的小生境细胞的相互作用。

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