Science:揭示腸道內壁上的細胞快速加工食物機制

2021-02-13 轉化醫學


圖片來自Weizmann Institute of Science。

每次我們吞咽食物時，位於腸道內壁上的細胞必須突然地和急劇地增加它們的活性。在一項新的研究中，來自以色列魏茨曼科學研究學院的研究人員指出它們以一種最為經濟的方式應對這一挑戰。相關研究結果於2017年8月10日在線發表在Science期刊上，論文標題為「Global mRNA polarization regulates translation efficiency in the intestinal epithelium」。

在商業或工程中，當必須儘快地開展生產時，人們就應立刻作出決定。這可能涉及立即投入所有的資源，利用現有的設備增加產量，或者首先投入所有的資源給工廠裝備上合適的機器。後者可能似乎是一種不那麼高效的生產方法，但是在某些情形下，它事實上能夠極大地加快生產速度。Shalev Itzkovitz博士和他在魏茨曼科學研究學院分子細胞生物學系的團隊發現這正是腸道內壁採用的方法。

腸道內壁是單層細長的細胞，這層細胞在它的狹窄的一邊上與食物接觸，而且在它的另一邊上與血液接觸。這層細胞因而在它的一邊上吸收營養物，並將這些營養物釋放到它的另一邊上的血液中。這些研究人員發現這層細胞的兩邊在信使RNA（mRNA）組成上存在差異：大約30%的在腸道中表達的基因出現在這層細胞的一邊上或另一邊上。他們發現核糖體（即蛋白製造工廠）含量在這兩邊上也存在差異：面向食物的那一邊上的核糖體數量是面向血液的那一邊上的兩倍；因此，面向食物的那一邊上的蛋白製造更加高效。

這些研究人員進一步發現每當食物進入腸道重，腸道內壁上的細胞立即通過增加核糖體的產生作出反應，特別是在面向食物的那一邊上。為此，這層細胞將大量的攜帶製造核糖體的遺傳密碼的mRNA派遣到面向食物的那一邊上。隨後，這一邊密集地產生各種各樣的加工食物所需的蛋白。

Itzkovitz解釋道，「在一天的大多數時間裡，腸道內壁上的細胞僅是無所事事，但是一旦食物進入腸道，它們必須馬上行動起來。為了產生新的蛋白，利用DNA產生新的mRNA分子需要這些細胞花費大約半個小時的時間。不過，它們能夠通過將編碼某些蛋白的mRNA分子派送到這層細胞的富含核糖體的那一邊上，在幾分鐘內增加這些蛋白的產生。這種策略能夠讓它們以一種快速而又高效的方式應對食物的到達。」

除了為針對細胞的「經濟學」開展新的研究打開大門之外，這些發現可能具有醫學上的影響，這是因為腸道內壁在吸收營養物和保護身體中發揮著重要的作用。如今，人們有可能研究mRNA不能夠進入這層細胞的正確的一邊上，或者說mRNA在這層細胞的兩邊之間的不平衡，是否在結腸炎、克羅恩病和腸道癌等疾病中發揮著作用。

參考資料：

Andreas E. Moor, Matan Golan, Efi E. Massasa et al. Global mRNA polarization regulates translation efficiency in the intestinal epithelium. Science, Published online: 10 Aug 2017, doi:10.1126/science.aan2399

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