腸干細(xì)胞是機(jī)體最快速分裂的細(xì)胞，總是在忙于生成新細(xì)胞來取代不斷脫落的細(xì)胞。然而研究表明，不同于身體其他部位的干細(xì)胞，腸道中的干細(xì)胞被隱藏了起來，并且這有著充分的理由。

華盛頓大學(xué)醫(yī)學(xué)院的一項新研究表明，干細(xì)胞定位在腸道的一些“口袋”中，避免了與腸道有益微生物生成的一種重要代謝產(chǎn)物接觸。這種代謝產(chǎn)物：丁酸限制了干細(xì)胞增殖，有可能阻礙了炎性腸病（IBD）如克羅恩病和結(jié)腸炎造成損傷后腸道修復(fù)自身。

這項研究發(fā)布在6月2日的《細(xì)胞》（Cell）雜志上。

研究人員證實，腸壁內(nèi)一些稱作為Leiberkuhn隱窩的微小口袋通常保護(hù)了干細(xì)胞免受丁酸傷害。但當(dāng)腸道受損時，丁酸可以接近這些干細(xì)胞，抑制了它們的增殖。

論文的資深作者、病理學(xué)和免疫學(xué)教授、發(fā)育生物學(xué)教授Thaddeus Stappenbeck說：“科學(xué)家們知道這些隱窩已有250多年，但從未真正了解它們存在的原因?；谖覀兊难芯拷Y(jié)果，我們猜想隱窩已進(jìn)化為保護(hù)干細(xì)胞，以使腸道能夠有一條途徑不斷地更新它的內(nèi)壁。”

自從上世紀(jì)90年代以來，一些臨床試驗也在評估丁酸作為炎性腸病的一種療法但卻一直未能確鑿地證實其起作用，盡管已知它具有一些抗炎特性。新研究結(jié)果表明了原因：作為干細(xì)胞增殖的一種有效抑制劑，丁酸阻止了腸道補(bǔ)充它的細(xì)胞。

Stappenbeck 說：“當(dāng)急性損傷或疾病造成腸壁受損時，干細(xì)胞必須進(jìn)行分裂來修復(fù)損傷。抑制干細(xì)胞增殖可能是丁酸治療一個令人遺憾的副作用。”

生活在腸道中的微生物會加工我們飲食中的營養(yǎng)物質(zhì)，合成維生素。作為執(zhí)行這些工作的一個組成部分，微生物會生成影響人類健康和疾病，包括炎性腸病、肥胖、哮喘和心臟病的一些代謝產(chǎn)物。

Stappenbeck和博士后Gerard Kaiko及Stacy Ryu博士，在實驗室中培育了腸干細(xì)胞，篩查了小鼠腸道微生物生成的100種最豐富的代謝產(chǎn)物，了解它們提高干細(xì)胞增殖的能力。他們發(fā)現(xiàn)沒有代謝產(chǎn)物增強(qiáng)了干細(xì)胞擴(kuò)增，但他們發(fā)現(xiàn)了一種代謝產(chǎn)物丁酸減慢了干細(xì)胞增殖。

但當(dāng)他們額外給予小鼠丁酸時，腸干細(xì)胞的增殖沒有發(fā)生改變，無論動物接受了多少丁酸。

研究的共同第一作者Ryu說：“在小鼠體內(nèi)，干細(xì)胞聚集在隱窩的底部，而在實驗室中干細(xì)胞直接暴露于丁酸下。我們開始想知道隱窩結(jié)構(gòu)是否保護(hù)了干細(xì)胞免受丁酸損害。”

研究人員檢測了腸道內(nèi)表面（生成丁酸的細(xì)菌定居之所）和隱窩底部（干細(xì)胞定居之所）的丁酸水平，發(fā)現(xiàn)隱窩中的丁酸水平要低得多。此外，腸道表面的成熟細(xì)胞不會受到丁酸損傷，當(dāng)做食物消耗了它，進(jìn)一步防止了干細(xì)胞遭遇這種代謝產(chǎn)物。

大多數(shù)脊椎動物的腸道都包含隱窩，但有一些則不包含。例如，年輕斑馬魚沒有隱窩，然而它們的腸干細(xì)胞行為就像高等生物中的腸干細(xì)胞一樣，快速地分裂取代受損細(xì)胞。

與小鼠形成對照，當(dāng)研究人員將年輕斑馬魚暴露于丁酸之下時，他們看到斑馬魚腸干細(xì)胞增殖速度減慢。研究人員認(rèn)為，由于斑馬魚沒有生成丁酸的腸道微生物，它不需要一種機(jī)制來保護(hù)腸干細(xì)胞免受這種代謝產(chǎn)物的損傷。

“我們認(rèn)為生成丁酸的細(xì)菌是隱窩進(jìn)化的驅(qū)動力之一，但我們需要進(jìn)行系統(tǒng)的調(diào)查來闡明，有腸道隱窩的動物與攜帶丁酸生成菌的動物之間是否有關(guān)聯(lián)。在我們能夠得出明確的結(jié)論之前，還有許多的工作要做。”

成體干細(xì)胞是組織維持和再生的主要驅(qū)動者。開發(fā)出成體干細(xì)胞體外培養(yǎng)方法對于更好地了解組織穩(wěn)態(tài)及干細(xì)胞生物學(xué)具有至關(guān)重要的意義。此外，干細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)也有望推動疾病建模和再生醫(yī)學(xué)等臨床應(yīng)用。從健康或患病小鼠和人類器官中直接取得組織干細(xì)胞。由 Jackson實驗室的Frank McKeon博士和Wa Xian博士領(lǐng)導(dǎo)的一個研究小組報告稱，他們開發(fā)出了一種特異擴(kuò)增腸干細(xì)胞的新方法。這一成果發(fā)布在2015年的Nature雜志上。

“媽媽，我們的腸干細(xì)胞來自于何處？”當(dāng)然，這不大可能是一個幼兒園的兒童會問的問題，但它卻確實是進(jìn)化生物學(xué)家們想知道的事情。哈佛醫(yī)學(xué)院Cliff Tabin實驗室的研究人員發(fā)現(xiàn)起初整個腸道內(nèi)膜都具有干細(xì)胞特性。隨著胚胎的發(fā)育，除了少數(shù)細(xì)胞其他所有的都會喪失這種潛能。研究結(jié)果由此支持了這一理論：成體干細(xì)胞是胚胎中更為普遍的細(xì)胞池的殘余物。

人類腸道是一件了不起的事情。每周，腸道都會再生一層新的內(nèi)皮細(xì)胞，脫落的表面面積相當(dāng)于一個小型公寓，并用新的細(xì)胞進(jìn)行修復(fù)。幾十年來，研究人員已經(jīng)知道，負(fù)責(zé)這一改頭換面行為的是腸道干細(xì)胞，但是直到2015年，美國北卡大學(xué)教堂山分校（UNC）醫(yī)學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)和生理學(xué)、生物醫(yī)學(xué)工程副教授Scott Magness博士才找到一種方法，在實驗室內(nèi)同時分離和培養(yǎng)成千上萬個這樣難以捉摸的細(xì)胞。這種高通量技術(shù)進(jìn)步，有望為科學(xué)家提供研究干細(xì)胞生物學(xué)的能力，并能夠探討炎癥性腸病、腸腫瘤和其他胃腸道疾病的起源。